Caractérisation des phénomènes de transport de gaz dans les couches de diffusion de gaz dans une pile à combustible à membrane

Dans les piles à combustible à membrane, les gaz d’alimentation doivent passer à travers une couche poreuse à base de matériaux carbonés (GDL) gas diffusion layer pour accéder au catalyseur, rendant possible la réaction électrochimique et la production d'énergie qui s'ensuit. En général, cette couche est constituée d'un support macroporeux (MPS, macroporous substrate) recouvert d'une sous-couche de structure plus fine appelée couche microporeuse (MPL, microporous layer) en contact avec l'électrode. Le projet porte ici sur l'étude des phénomènes de transport des gaz dans les couches de diffusion disponibles dans le commerce, qui sont essentiellement des milieux poreux complexes (MPL+MPS). Les GDL ont un rôle clé dans la distribution des gaz et l'évacuation de l'eau produite : outre la diffusion et la convection, les propriétés intrinsèques de ces couches sont connues pour jouer un rôle significatif sur la performance globale de la pile à combustible. La présente approche s'appuie sur diverses sources d'observations expérimentales pour comprendre et caractériser ces flux de transport dans la GDL en vue d'obtenir un formalisme phénoménologique. À cette fin, des mesures ex-situ utilisant une technique de "pont de diffusion", dans une cellule de laboratoire (appelée cellule fondamentale ) pour estimer la perméabilité directionnelle du gaz ou bien dans une pile à combustible, afin d’estimer la perméabilité équivalente dans des conditions plus proches du fonctionnement de la pile. Pour l'essentiel, les conditions de mesure du transport de gaz ont été modifiées, en utilisant (i) un seul gaz sec, (ii) un mélange de gaz secs, (iii) des gaz humidifiés, (iv) un flux de gaz en présence d'eau liquide et (v) une compression variable des cellules. Les résultats obtenus sur la perméabilité au gaz : d'abord par l'expérimentation et ensuite en utilisant les données dans des modèles fondamentaux établis, permettent d'obtenir des informations plus précises sur le mécanisme de transport du gaz dans ces GDL de structure complexe lorsqu'elles sont placées à l'intérieur des piles à combustible PEM, ce qui permet d'acquérir une compréhension significative. In membrane fuel cells, the feed gas must pass through a porous layer of carbonaceous material (GDL, gas diffusion layer) to access the catalyst, enabling the electrochemical reaction and subsequent energy production. In general, this layer consists of a macroporous substrate (MPS) covered by a thinner structural undercoat called