Cette thèse présente la conception et la microfabrication d’une toute nouvelle configuration de pile à combustible en convection naturelle destinée à l’alimentation des appareils électroniques portables qui ne requiert aucun élément d’emballage externe (Pile à combustible sans emballage ou PLFC). On présente aussi les impacts majeurs de l’intégration d’un système de gestion d’eau complet (SGD) qui draine l’eau en surplus à la cathode pour la redistribuer vers l’anode et vers une surface d’évaporation imitant un réservoir d’hydrogène à base d’hydrures. La PLFC est constituée d’une membrane composite combinant un support mécanique de polymère (polyimide – Kapton®) et des chemins de conduction protonique (Nafion®), de collecteurs de courant métalliques et de couches catalytiques poreuses à base de nanoparticules de Pt/C. Le tout est intégré dans un seul feuillet de 50µm d’épaisseur sur une surface de 1cm[indice supérieur 2]. Des méthodes pour manipuler et graver le Kapton ainsi que pour intégrer le Nafion dans des procédés de microfabrication ont dû être développées. Un modèle analytique décrivant les résistances internes de la PLFC a aussi été réalisé. Ce modèle, combiné aux limites de dimensionnement causées par les méthodes de fabrication, a permis d’établir un processus de conception et de dimensionnement. La PLFC développée a démontré une importante augmentation de puissance volumique d’au moins 97% par rapport aux systèmes existants avec des emballages microfabriqués ou non. L’intégration d’un système de drainage de l’eau par des chemins hydrophiles à la cathode combinée à une redistribution d’eau vers l’anode et une surface d’évaporation a permis de doubler la puissance surfacique de la PLFC tout en stabilisant son fonctionnement. Finalement, on démontre dans cette thèse que dans les piles à combustible fonctionnant en convection naturelle, l’assèchement de l’anode joue un rôle prépondérant et que celle-ci doit être humidifiée, même lorsque la cathode est en surplus d’eau. De plus, en utilisant ce surplus pour alimenter un générateur d’hydrogène à base d’hydrures, on pourrait doubler la densité énergétique du système de pile à combustible.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/10473 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Hamel, Simon |
| Contributors | Fréchette, Luc |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Simon Hamel |
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