Prédiction de la condensation d'eau liquide dans les piles à hydrogène à membrane échangeuse de protons en couplant la CFD avec des modèles 1D

Les piles à hydrogène à membrane échangeuse de protons sont une technologie prometteuse pour les applications de transport futures. Cependant, les procédures de démarrage qui ne sont pas optimisées pour les basses températures peuvent conduire à une défaillance précoce des cellules. Des modèles CFD détaillés peuvent soutenir l'optimisation des procédures de démarrage à froid, mais ils ne peuvent souvent pas être résolus de manière stable en raison de leur complexité. Les modèles unidimensionnels (1D) peuvent être calculés rapidement mais sont simplifiés au point que le comportement des cellules ne peut plus être déterminé avec précision. Dans cette contribution, un couplage entre un modèle CFD 2D des canaux de gaz et un modèle 1D de l'assemblage électrode-membrane (AEM) est réalisé. Cette méthode permet non seulement de déterminer l'emplacement et la quantité d'eau condensée, mais aussi de calculer la concentration exacte des gaz réactifs le long des canaux. Les investigations montrent que les concentrations des gaz et les humidités relatives dans les canaux de gaz sont fortement influencées par la densité de courant. Il a été constaté qu'il n'est pas possible d'éviter la formation d'eau liquide à basses températures de fonctionnement en contrôlant la densité de courant.