Plaques bipolaires dans une pile à combustible à membrane : effet du design sur les performances et recherche de matériaux métalliques adaptés

Bipolar plates in a fuel cell membrane : the effect on the design performance and metallic material adapted to search

• Auteur / Autrice : Nizar Doss
• Direction : François Lapicque
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 10/11/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Valentin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Bultel, Sergueï Martemianov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes (technologie)

Électrochimie bipolaire

Matériaux

Piles à combustible

Mots clés libres

Pile à combustible

Membrane

Impédance

INOX

Fuel cell membrane

Impedance

INOX

Résumé

Ce travail est une contribution à l’étude du rôle des plaques bipolaires sur le fonctionnement des piles à combustible à membrane, en particulier l’effet du design de ces plaques en tant que distributeur de gaz réactifs, et la recherche de matériaux métalliques pouvant remplacer les matériaux carbonés conventionnels. Les performances des piles à combustible sont entre autres limitées par certains problèmes liés à la thermohydraulique : l'assèchement des membranes et l'engorgement en eau des canaux de distribution des gaz. Ces performances sont limitées aussi par le type des membranes, et des plaques bipolaires utilisées. Ces travaux de thèse traitent essentiellement une comparaison entre des membranes ainsi que des plaques bipolaires. Nous avons également étudié les problèmes liés à l’humidité, en particulier l’'engorgement en eau dans les canaux d'une pile à combustible par des essais de visualisation : l’évacuation de l’eau liquide dépend très fortement de la gravure des plaquesDe plus, nous avons recherché des matériaux métalliques candidats à la réalisation de plaques bipolaires pour remplacer le graphite, encombrant et couteux. Deux matériaux ont été étudiés : l’acier inox 316L et l’alliage nickel-tungstène déposé sur une plaque de cuivre. L’inox 316 L, utilisé comme matériau pour les plaques bipolaires, montre une bonne résistance aux conditions agressives régnant au sein de la pile à combustible à membrane, comme l’ont montré des essais réalisés pendant près de 1000 heures

This work is a contribution to the study of the role of bipolar plates on the operation of fuel cell membrane, in particular the effect of the design of these plates as a distributor of reactive gases, and the search for metallic materials that can replace conventional carbon materials .The performance of fuel cells are limited by , among other problems related to thermal hydraulics : dewatering membranes and waterlogging distribution channels gas . This performance is also limited by the type of membrane and bipolar plates used . This thesis deal primarily a comparison between membranes and bipolar plates . We also investigated problems related to moisture , especially the '' water flooding in the channels of a fuel cell by visualization tests : the evacuation of liquid water is highly dependent on the etching platesIn addition, we have searched for metallic materials candidates embodiment to replace the bipolar plates of graphite, cumbersome and costly . Two materials have been studied : 316L stainless steel and the nickel - tungsten deposited on a copper plate . The 316 L stainless steel , used as material for bipolar plates , shows good resistance to aggressive conditions within the fuel cell membrane, as shown by tests carried out over nearly 1000 hours