Etude Et Simulation De La Gestion D'eau Dans La Zone Cathodique D'une Pile À Combustible De Type Pemfc

Résumé: La pile à combustible de type à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est la pile la plus utilisée, mais elle nécessite une bonne gestion d’eau pour son fonctionnement optimal. Dans le but d’analyser le comportement d’eau dans la pile, un modèle mathématique pour un écoulement monophasique transitoire bidimensionnel est présenté. Le modèle comporte l’écoulement de mélange des gaz et le transport des espèces dans la couche de diffusion des gaz (GDL) dans la zone cathodique. La modélisation est effectuée pour une géométrie bidimensionnelle donnée où les équations différentielles sont résolues. Le domaine de calcul englobe la couche de diffusion des gaz et la couche catalyseur qui est de très faible épaisseur et elle est considérée comme une interface. La couche de diffusion est un milieu poreux caractérisé par une structure morphologique homogène. Ce modèle numérique est développé pour la simulation de l’opération de transport dans une cathode alimentée par un canal des gaz de type parallèle (conventionnel). La diffusivité effective est calculée à l’aide de la corrélation de Bruggman et l’équation de quantité de mouvement est remplacée par la loi de Darcy dans le milieu poreux de la couche de diffusion des gaz. En plus l’équation de Fik est utilisée pour décrire la réaction de réduction de l’oxygène (ORR) sur la surface de la couche catalyseur. Les équations de conservations sont discrétisées à l’aide de la méthode des volumes finis et la solution numérique est calculée par un programme conçu avec le langage FORTRAN. La nature multidimensionnelle de transport dans le site cathodique dans la pile est illustrée à l’aide de la vitesse de mélange des gaz et les fractions molaires des espèces. Les résultats obtenus sont en bonne concordance avec les plus récentes expériences reportés dans la littérature. Une étude complémentaire est faite sur le modèle montrant la variation du comportement de la pile en fonction de changement des paramètres reliés au transport des espèces et la structure géométrique.

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