A. Hernandez , D. Hissel, R. Outbib

1. 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

2. Plan • Introduction • Contexte générale • Approche probabiliste • Application • Conclusions • Perspectives

3. 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.

4. 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.

5. Contexte générale 2 1 3 4 6 5 Cathode Air + vapeur Air + vapeur 2 3 1 4 6 Hydrogène 5 Hydrogène + vapeur Anode Gestion d’eau dans la pile • 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

6. 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

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

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

9. 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

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

11. 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

12. 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