Journal of Applied Mechanical Engineering

Abstrait

Effet de la couche microporeuse dans une pile à combustible à membrane électrolyte polymère polybenzimidazole dopée à l'acide phosphorique

Muhammet Çelik, Gülsah Özisik, Gamze Genç et Hüseyin Yapici

Les piles à combustible à électrolyte polymère à base de polybenzimidazole (PBI), appelées piles à combustible à électrolyte polymère haute température (HT-PEMS), fonctionnent à des températures plus élevées (120-200°C) que les piles à combustible PEM conventionnelles. Bien qu'il soit connu que les HT-PEMS présentent certains des avantages significatifs tels que les exigences de non-humidification de la membrane et l'absence d'eau liquide à haute température dans la pile à combustible, l'eau générée à la suite de la réaction de réduction de l'oxygène provoque la dégradation de ces systèmes. L'eau générée absorbée côté membrane interagit avec la matrice PBI hydrophile et peut provoquer un gonflement de la membrane, de sorte que le mécanisme de transport de l'eau dans un assemblage membrane-électrode (MEA) doit être bien compris et le bilan hydrique doit être calculé dans le MEA. Par conséquent, le transport par diffusion de l'eau à travers l'électrolyte doit être déterminé. Dans cette étude, on étudie d'abord la teneur en eau dans un MEA dans le cas avec/sans couche microporeuse (MPL). Deuxièmement, dans le cas du MPL, l'effet de l'épaisseur de la couche microporeuse sur la gestion de l'eau dans la pile à combustible est étudié. Pour cela, une pile à combustible bidimensionnelle avec champ d'écoulement entrecroisé est modélisée à l'aide du logiciel Comsol Multiphysics 4.2a. La température de fonctionnement et le niveau de dopage sont respectivement de 180°C et 6,75 RPU H3PO4/PBI. Les résultats de ce travail ont montré que le MPL affecte de manière significative la teneur en eau dans le MEA et réduit la concentration en H2O dans le MEA. Ainsi, il est possible d'éviter l'inondation du MEA et donc d'augmenter la durabilité de la pile.