Thèse soutenue

Étude de dispositifs de recirculation d’hydrogène à pompage électrochimique pour systèmes pile à combustible PEM

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Auteur / Autrice : Benjamin de Grisard
Direction : Rudolf MetkemeijerPatrick Achard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et Procédés
Date : Soutenance le 17/12/2014
Etablissement(s) : Paris, ENMP
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Procédés, Énergies Renouvelables et Systèmes Énergétiques. Sophia-Antipolis
Jury : Président / Présidente : François Lapicque
Examinateurs / Examinatrices : Rudolf Metkemeijer, Patrick Achard, Pierre Millet, Luc Rouveyre
Rapporteur / Rapporteuse : Daniel Hissel

Résumé

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Les piles à combustible PEM sont des systèmes complexes faisant intervenir de nombreux auxiliaires. Ces auxiliaires ont un impact sur le rendement global du système. Une des possibilités pour améliorer le rendement global du système est d'améliorer le rendement de ces auxiliaires et notamment celui du système de recirculation d'hydrogène.Le système de recirculation d'hydrogène permet à la fois l'apport de l'hydrogène à l'anode mais il permet également de gérer l'eau présente. Deux solutions sont proposées pour modifier le système de recirculation.La première solution utilise la consommation d'hydrogène à l'anode comme une pompe à vide permettant alors grâce à l'ouverture et à la fermeture cyclique d'une électrovanne, la mise en mouvement du gaz dans la boucle de recirculation. La deuxième solution consiste à utiliser un stack de pile à combustible comme une pompe à hydrogène qui s'intègre alors dans une boucle de recirculation classique.Ces deux solutions ont été étudiées analytiquement, numériquement (MATLAB©, SIMULINK©) et expérimentalement.La première solution a montré sa capacité à se substituer à un système de recirculation à pompe classique en ayant des performances de recirculation et une compacité équivalente mais surtout en améliorant le rendement global du système pile de 2.5% à sa puissance nominale.La seconde solution a montré une bonne capacité à gérer la recirculation d'hydrogène et sa spécificité de pompage de l'hydrogène seul ouvre la possibilité à de nombreux autres systèmes.