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Premier prix Biot-Fourier

Prix Biot-Fourier SFT 2012 

La Société Française de Thermique a mis en place le prix Biot-Fourier qui récompense la meilleure communication scientifique lors de son congrès annuel.

Lauréat : Anthony Thomas - Doctorant dans l’Opération Scientifique « Pile à combustible » au LEMTA

Resumé

Mesures de températures internes et de flux de chaleur au sein d’une pile à combustible
à membrane échangeuse de protons


A. THOMAS, G.MARANZANA, S. DIDIERJEAN, J. DILLET, O. LOTTIN
LEMTA, UMR 7563 CNRS-Nancy Université, 2 Avenue de la Forêt de Haye, BP 160, 54504
Vandoeuvre-lès-Nancy Cedex, France
Anthony.Thomas@ensem.inpl-nancy.fr

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Mots clés : Mesure de température, Flux de chaleur, Conductivité thermique, Pile à combustible, PEMFC
 

Les piles à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont présentées comme un système de conversion d’énergie chimique en énergie électrique prometteur. Malgré de récentes avancées, leur commercialisation est tempérée par des problèmes de coûts et de durabilité liée à la gestion de l’eau au sein de la pile. L’étude du transport de l’eau dans une PEMFC est donc fondamentale.

50% de l’énergie produite par la pile se faisant sous forme de chaleur, de récents travaux ont donc étudiés l’impact du champ de température sur le transport de l’eau dans le coeur des piles à combustibles [1-2]. Afin d’apporter une validation aux modèles présentés dans ces études, une approche expérimentale a été développée. Elle consiste à mesurer les températures internes et les flux de chaleur dans une cellule de pile à combustible.
La mesure de température s’effectue à l’aide de 4 fils de platine insérés entre l’électrode et la couche microporeuse, à l’anode et à la cathode. Les fils de diamètre égal à 25 μm sont isolés avec une couche de kapton de 5 μm. La température est déduite de la mesure de la résistance électrique du fil de platine via une courbe d’étalonnage établie pour chaque fil. La figure 1 montre la variation de la température moyenne de l’anode (Tea) et de la cathode (Tec) en fonction de la densité de courant j (entre 0.04 et 1.54 A.cm-2) pour des températures de plaques bipolaires fixées à 60°C. Comme le montrent Vie and Kjelstrup [3], la température augmente significativement avec la densité de courant. A 1.54 A.cm-2, une différence de température de 4°C entre l’électrode et la plaque est mesurée.

En complément aux mesures des températures internes, des fluxmètres ont été placés sur les plaques bipolaires. La mesure simultanée des flux de chaleur et des températures permet ainsi d’estimer in-situ la conductivité thermique effective des couches poreuses. Des valeurs comprises entre 0.25 et 0.85 W.m-1.K-1 ont été obtenues.
Enfin, des mesures de flux d’eau ont été réalisées fournissant un éclairage intéressant sur le couplage entre le transfert de chaleur et le transport de l’eau.

[1] A Z. Weber, J. Newman, Journal of The Electrochemical Society 2006, 153, A2205-A2214.
[2] S. Kim, M. M. Mench, , Journal of The Electrochemical Society 2009, 156, B353-B362.
[3] P. J. S. Vie, S. Kjelstrup, Electrochimica Acta 2004, 49,1069–1077.


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