Simulation des phénomènes de transport dans la membrane d'une pile à combustible

Abstract

Ce travail à pour but d’étudier les performances d’une pile à membrane échangeuse de proton alimentée par l’hydrogène. Cependant la gestion de l’eau et de la chaleur dans la membrane repose sur un phénomène très important qui définit les performances de cette membrane. Dans ce but, les équations de transfert de masse de chaleur et de transport de charge d’une membrane poreuse de type Nafion 117 sont établies. Pour le transfert de chaleur la convection, la conduction ainsi que l’effet Joule Thomson d’échauffement de la membrane sont pris en considération. Pour le transport de masse la diffusion de Fick a été prise en considération avec l’effet de la force électro- osmotique. En ce qui concerne le transport des espèces une équation de type Darcy pour une membrane poreuse isotrope est utilisée. La résolution de l’équation de conservation de masse, de chaleur et du potentiel par la méthode des différences finis suivant un schéma implicite permet de comprendre les phénomènes ayant lieu à l’intérieur de la membrane. Elle montre également l’effet de la densité de courant, du gradient de pression et l’influence des conditions aux limites sur les profiles de concentration d’eau, de température et du potentiel électrique le long de la membrane.