Piles à combustible PEMFC et SOFC - Transferts de chaleur et de masse

Abstract

Les piles a combustible PEMFC et SOFC font l'objet de deux articles: description et gestion du systeme [BE 8 595] et transferts de chaleur et de masse [BE 8 596]. Dans ce second article, nous nous focaliserons sur la modelisation thermique des piles PEMFC (« proton exchange membrane fuel cell ») et SOFC (« solid oxide fuel cell »). La maitrise de la temperature au sein d'une cellule et plus generalement d'un empilement de cellules (« stack ») est un gage de bon fonctionnement et d'augmentation de la duree de vie de la pile. Par son principe de fonctionnement, la cellule comporte des parties solides (electrodes et membrane) et des parties fluides (gaz et systeme de refroidissement gazeux ou liquide). La modelisation doit donc prendre en compte ces deux ensembles et leurs interfaces. Les techniques mises en œuvre ne sont pas les memes, methode nodale par exemple pour les parties solides et methode aux differences finies pour les gaz. Les reactions s'accompagnent de transferts de masse et de variations des especes qui doivent etre pris en compte pour traduire les phenomenes de maniere satisfaisante. Il en va de meme du transfert d'eau a travers les membranes et les diffuseurs. Le couplage entre les deux parties, methode nodale et methode aux differences finies, doit prendre en compte les sens de circulation des gaz; on se trouve ainsi en presence de deux configurations principales, cocourant ou contre-courant. La modelisation d'une cellule doit evidemment etre etendue a l'assemblage dans son ensemble. La modelisation thermique des piles a haute temperature SOFC releve de la meme demarche. Nous n'en donnerons ici que les grandes lignes.