Présentation
RÉSUMÉ
La maîtrise de la température dans une cellule et dans un empilement de cellules est un gage de bon fonctionnement et d'augmentation de la durée de vie de la pile PEMFC. La cellule comportant des parties solides et des parties fluides, la modélisation doit donc prendre en compte ces deux ensembles et leurs interfaces. Les techniques mises en œuvre ne sont pas les mêmes, méthode nodale par exemple pour les parties solides et méthode aux différences finies pour les gaz. La modélisation d'une cellule doit évidemment être étendue à l'assemblage dans son ensemble. La modélisation thermique des piles à haute température SOFC est assez similaire.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Controlling the temperature in a cell and in a cell stack ensures good operating and an increase in the life-span of the PEMFC fuel cell. As the cell has solid and fluid parts, the modeling must take into account these two parts and their interfaces. The implemented techniques vary; for instance, the nodal method is used for the solid parts and the finite difference method for gases. Evidently, the modeling of a cell must be extended to the whole assembly. The thermal modeling of the high-temperature SOFCs is rather similar.
Auteur(s)
-
Denis CANDUSSO : Chargé de recherche à l'Institut national de recherche sur les transports et leur sécurité (INRETS)
-
Raynal GLISES : Maître de conférences HDR à l'université de Franche-Comté
-
Daniel HISSEL : Professeur à l'université de Franche-Comté
-
Jean-Marie KAUFFMANN : Professeur à l'université de Franche-Comté
-
Marie-Cécile PERA : Maître de conférences HDR à l'université de Franche-Comté
INTRODUCTION
Les piles à combustible PEMFC et SOFC font l'objet de deux articles : description et gestion du système Piles à combustible PEMFC et SOFC- Description et gestion du système[BE 8 595] et transferts de chaleur et de masse [BE 8 596].
Dans ce second article, nous nous focaliserons sur la modélisation thermique des piles PEMFC (« proton exchange membrane fuel cell ») et SOFC (« solid oxide fuel cell »). La maîtrise de la température au sein d'une cellule et plus généralement d'un empilement de cellules (« stack ») est un gage de bon fonctionnement et d'augmentation de la durée de vie de la pile. Par son principe de fonctionnement, la cellule comporte des parties solides (électrodes et membrane) et des parties fluides (gaz et système de refroidissement gazeux ou liquide). La modélisation doit donc prendre en compte ces deux ensembles et leurs interfaces. Les techniques mises en œuvre ne sont pas les mêmes, méthode nodale par exemple pour les parties solides et méthode aux différences finies pour les gaz.
Les réactions s'accompagnent de transferts de masse et de variations des espèces qui doivent être pris en compte pour traduire les phénomènes de manière satisfaisante. Il en va de même du transfert d'eau à travers les membranes et les diffuseurs. Le couplage entre les deux parties, méthode nodale et méthode aux différences finies, doit prendre en compte les sens de circulation des gaz ; on se trouve ainsi en présence de deux configurations principales, cocourant ou contre-courant. La modélisation d'une cellule doit évidemment être étendue à l'assemblage dans son ensemble. La modélisation thermique des piles à haute température SOFC relève de la même démarche. Nous n'en donnerons ici que les grandes lignes.
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Énergies > Ressources énergétiques et stockage > Stockage de l'énergie > Piles à combustible PEMFC et SOFC - Transferts de chaleur et de masse > Conclusion
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Chimie verte > Énergie durable et biocarburants > Piles à combustible PEMFC et SOFC - Transferts de chaleur et de masse > Conclusion
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(47 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Modèle de PEMFC3. Conclusion
Les piles à combustible PEMFC et SOFC sont le siège de phénomènes physiques multiples et complexes dans les domaines de la thermique, de la fluidique et de l'électrochimie.
Les modélisations thermiques prennent en compte trois facteurs principaux : les parties solides, les parties fluides gazeuses ou liquides et les transferts de masse liés aux réactions chimiques et aux phénomènes de diffusion.
Nous proposons un mode de modélisation thermique associant la méthode nodale à une méthode aux différences finies pour la partie fluidique. D'autres solutions sont envisageables et dans certains cas, des logiciels spécifiques peuvent être utilisés (par exemple Fluent ou Femlab) mais à notre connaissance, il n'existe pas de logiciel du commerce permettant d'analyser correctement l'ensemble des phénomènes.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(47 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Conclusion
ANNEXES
Le lecteur est invité à consulter la partie Pour en savoir plus sur la description et la gestion du système [Doc. BE 8 595] dans laquelle il trouvera :
-
des programmes de recherches ;
-
des organismes ;
-
des fabricants.
###
HAUT DE PAGESAULNIER (J.B.) - La modélisation thermique et ses applications aux transferts couplés et au contrôle actif. - Thèse de doctorat, université de Poitiers (1980).
GLISES (R.) - HISSEL (D.) - HAREL (F.) - PERA (M.C.) - New design of a PEM Fuel Cell air automatic climate control unit. - Journal of Power Sources, 150, 78-85 (2005).
NGUYEN (T.V.) - WHITE (R.E.) - A water and heat management model for proton exchange membrane fuel cells. - Journal of Electrochemical Society, 140, no 8, 2178-2186 (1993).
BERNARDI (D.M.) - VERBRUGGE (M.W.) - Mathematical model of a gas diffusion electrode bonded to a polymer electrolyte. - AIChE Journal, 37, no 8, 1151-1163 (1991).
FULLER (T.F.) - NEWMAN (J.) - Water and thermal management in solid-polymer-electrolyte fuel cells. - Journal of Electrochemical Society, 140, no 5, 1218-1225 (1993).
WANG...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(47 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
