Mémoire Online: Etude et analyse de la gestion de l’eau dans une pile à combustible à membrane echangeuse de protons (PEMFC)

Sommaire: Etude et analyse de la gestion de l’eau dans une pile à combustible à membrane echangeuse de protons (PEMFC)

Introduction générale
CHAPITRE I: Description générale de la pile à combustible
I.1. Introduction
I.2. Pile à combustible
I.2.1. Filière hydrogène
I.2.2. Différents types de pile à combustible
I.2.3. Applications
I.3. Pile PEMFC
I.3.1. Principe de fonctionnement
I.3.2. Description détaillées des éléments du cœur de la pile
I.4. Système pile à combustible
I.4.1. Reformeur
I.4.2. Gestion de l’air
I.4.3. Gestion de l’eau
I.4.4. Gestion thermique
CHAPITRE II: Recherche bibliographique
II.1. Problème de la gestion de l’eau
II.2. Modes de transferts de l’eau dans la membrane
II.2.1. L’électro-osmose
II.2.2. La diffusion
II.2.3. Flux net
II.3. Caractérisation de l’hydratation de la membrane
II.3.1. Teneur en eau
II.3.2. Coefficient de transport électro-osmotique
II.3.3. Coefficient de diffusion de l’eau
II.4. Modélisations des piles à combustibles (PEMFC)
II.4.1. Modèles unidimensionnels
II.4.2. Modèles bidimensionnels
CHAPITRE III: Modèle mathématique
III.1. Description du modèle
III.1.1. Hypothèses du modèle
III.1.2. Les équations gouvernantes
III.2. Performance de la pile
III.2.1. Potentiel idéal
III.2.2. Polarisation d’activation
III.2.3. Polarisation ohmique
III.2.4. Polarisation de concentration
CHAPITRE IV: Résolution numérique
IV.1. Introduction
IV.2. Méthode des volumes finis pour les problèmes de transport- diffusion
IV.3. Discrétisation de l’équation de pression
IV.4. Application
IV.5. Présentation de maillage et des conditions aux limites
IV.6. Résolution du système d’équations (méthode de Gauss Seidel)
CHAPITRE V: Résultats et discussions
V.1. Effet de la densité de courant
V.2. Effet de la perméabilité
V.3. Effet de la porosité
V.3. Effets des conditions de fonctionnement
V.3.1. Influence de la pression
V.3.2. Influence de gradient de pression
V.3.3. Influence de température
V.4. Influence de la teneur en eau sur la conductivité de la membrane
V.5. Champ de vitesse
V.6. Courbe de polarisation (I-V)
V.6.1. Effet de température
V.6.2. Effet de la teneur en eau
Conclusions et perspectives
Paramètres de modélisation
Bibliographie

Extrait du mémoire étude et analyse de la gestion de l’eau dans une pile à combustible à membrane echangeuse de protons (PEMFC)

Chapitre I. Description générale de la pile à combustible
I.1. Introduction
Une pile à combustible est un générateur qui convertit directement en énergie électrique l’énergie chimique issue de la réaction entre un combustible (hydrogène, méthanol…) et un comburant (généralement oxygène ou air). Elle se différencie des autres piles par le fait que la masse des électrodes n’est pas consommée. Elle comprend en général deux électrodes poreuses, l’anode alimentée en combustible et la cathode alimentée en comburant, séparées par un électrolyte. La réaction produit un ou plusieurs résidus, dont le plus souvent est l’eau et surtout l’énergie électrique, avec un rendement supérieur à celui des centrales thermiques.
Partant de ce procédé Sir William Grove expérimenta en 1839 la première pile à combustible produisant de l’électricité, de la chaleur et un produit de réaction, l’eau (Figure. I.1).
Mais ce fut Christian Friedrich Schönbein qui, en 1838, le premier observa le principe des piles. Dans son expérience, il utilisait un tube en U avec deux électrodes en platine. Grâce à un courant électrique, il parvint à obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène: c’est ce que l’on appelle l’électrolyse. Mais en coupant ce courant, il constata que ces gaz donnaient lieu à un courant électrique de sens inverse au premier.
I.2. Piles à combustible
I.2.1. Filière hydrogène
L’hydrogène (H2) est l’élément le plus abondant dans l’univers. Il compose 75% de la masse de toute la matière dans les étoiles et les galaxies. Un atome d’hydrogène a seulement un proton et un électron. Cependant l’hydrogène comme gaz (H2) n’existe pas naturellement sur la terre et se présente sous formes composées. Combiné avec l’oxygène, c’est l’eau (H2O), combiné avec le carbone, il forme les composés organiques tels que le méthane (CH4), le charbon ou le pétrole.
La plupart de l’énergie que nous utilisons aujourd’hui vient des carburants fossiles.
Seulement sept pour cent viennent des sources d’énergie renouvelable. Dans une optique de raréfaction des carburants fossiles, l’hydrogène apparaît comme un vecteur énergétique prometteur. Puisque le gaz d’hydrogène n’existe pas naturellement sur la terre, il faut le produire.
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