1. Investigation of liquid water heterogeneities in large area PEM fuel cells using a pseudo-3D multiphysics model
- Author
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Jean-Philippe Poirot-Crouvezier, M. Chandesris, Yann Bultel, Arnaud Morin, F. Courtois, E. Tardy, Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (DEHS), Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Electrochimie Interfaciale et Procédés (EIP), Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Département Etude des Réacteurs (DER), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ARC-Nucleart CEA Grenoble (NUCLEART), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Bultel, Yann, Electrochimie Interfaciale et Procédés (EIP ), and Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
- Subjects
Materials science ,[SPI.GPROC] Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,Multiphysics ,Flow (psychology) ,Proton exchange membrane fuel cell ,02 engineering and technology ,7. Clean energy ,01 natural sciences ,010305 fluids & plasmas ,Proton Exchange Membrane Fuel Cell Water transport Two-phase flow Computer simulations Neutron imaging ,Stack (abstract data type) ,0103 physical sciences ,[SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,[PHYS]Physics [physics] ,Fluid Flow and Transfer Processes ,Water transport ,Gas diffusion electrode ,Mechanical Engineering ,[SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power ,Mechanics ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter Physics ,Durability ,Model predictive control ,13. Climate action ,0210 nano-technology ,[SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power - Abstract
International audience; Effective management of the liquid water and heat produced in Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is necessary to increase both its performance and durability. In previous works, a pseudo-3D physic-based model of heat and water transport in fuel cells was developed and has been validated against experimental temperature and current density data. In this study, liquid water measurement obtained from neutron imaging tests is compared with numerical results. The model is able to predict qualitatively the presence of liquid water with a good accuracy taking into account the real Bipolar Plate (BP) design. Based on the reliability of the predictions at this first order in-plane space scale, the model has been used to compute the thickness of liquid water through the plane of the cell, in the different components of the stack, Gas Channel (GC) or Gas Diffusion Electrode (GDE). Our two-phase flow formulation has also been compared to more classical phase-separated two-phase flow model. A good accordance is observed for low saturations. The good agreement between predictions and measurement results supports the capability of our model to be employed in predictive control strategies or to design innovative Bipolar Plate (BP) at lower cost compared to experimental tests.
- Published
- 2019
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