A. Hernandez, D. Hissel, R. Outbib 23 mars 2006 Une approche probabiliste au phénomène d’évaporation et de condensation de l’eau dans les piles à combustible A. Hernandez, D. Hissel, R. Outbib

Plan Introduction Contexte générale Approche probabiliste Application Conclusions Perspectives

Le rôle de l’eau dans la pile à combustible Contexte générale Le rôle de l’eau dans la pile à combustible Dans la membrane, sert de vecteur pour le transport des protons. Régulation thermique. Dans sa phase vapeur, introduit des pertes de tension (Eq de Nernst) Dans sa phase liquide, empêche la diffusion des espèces aux sites réactives.

Difficultés actuelles Contexte générale Difficultés actuelles Validation réduite à cause d’une instrumentation difficile. Modèles trop complexes L’application des modèles en temps réel est irréaliste. Modèles simples La coexistence de zones sèches et de zones humides n’est pas intégrée.

Contexte générale Gestion d’eau dans la pile Hydrogène Cathode Anode Air + vapeur Hydrogène + vapeur 3 5 6 1 2 4 Condensation (zone humide) Évaporation à partir d’une zone humide cycle de condensation évaporation pour de gouttelettes d’eau en suspension dans l’air. Formation de vapeur par réaction électrochimique Transfert d’eau par diffusion Transfert d’eau par électro-osmose

Approche probabiliste Hypothèses L’eau est produite dans sa phase vapeur L’écoulement n’est pas laminaire. La pression suit une distribution de probabilité La fraction partial des espèces est conservée Les perturbations sur système agissent sur la distribution de pression. La température peut aussi suivre un loi de probabilité

Approche probabiliste Justification Création des vortex Modèle numérique très complexe Distribution des canaux dans la pile

Approche probabiliste Change de phase Psat Zone de condensation zone d’evaporation pression densité de Probability Distribution de pression Centrée en PH2O s estimé à partir de la distribution de tension

Approche probabiliste Identification de la loi de probabilité Essais à vide (pas de réaction électrochimique), alimentation en air sec Distribution de tension à vide = image de distribution de pression

Application dans un modèle de tension pour une pile PEMFC Application et résultats Application dans un modèle de tension pour une pile PEMFC Modèle déterministe Modèle probabiliste PH2O =fdp(PH2O,s) PH2O uniforme

Conclusion L’approche probabiliste donne une explication à la distribution d’eau hétérogène dans une pile à combustible. Son application est simple et l’instrumentation nécessaire est réduite . Un approche utilisable dans des application demandant une rapidité de calcul importante. Dans sa forme actuelle, seulement la proportion des zones d’évaporation /condensation est estimable. La localisation de tels zones reste inconnue

Perspectives Construire des lois de probabilité locales pour un grillage plus fin. Localisation des points humides et des points sèches Intégration de l’approche probabiliste dans des modèles complets de systèmes de pile à combustible . Utilisation de l’approche probabiliste pour des études de vieillissement de pile. Utilisation de l’approche probabiliste pour des études de diagnostic de piles à combustible