JOURNAL OF HYDROCARBONS MINES AND ENVIRONMENTAL RESEARCH

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© Journal of Hydrocarbons Mines and Environmental Research, ISSN: 2107-6510, Volume 2, Issue 1, June 2011, 27-31 __________________________________________________________________________________________________

Simulation of water management in the membrane of proton exchange fuel cell

Boubekeur Dokkar 1*, Noureddine Settou 1, Omar Imine 2, Belkhir Negrou 3, Abdelghani Dokkar 1 and Nasreddine Chennouf 1


1 Laboratoire de Valorisation et de Promotion des Ressources Sahariennes (LVPRS), Université Kasdi Merbah, BP 511, 30000 Ouargla, Algeria
2 Départment de Génie Mécanique, Université Mohamed Boudiaf (USTO), M'Naouer, 31000 Oran, Algeria
3 Départment de Génie Mécanique, Université Mohamed khidher, BP 145, 07000 Biskra, Algeria
*corresponding author: boubekeur.ogx@gmail.com (B. Dokkar)

Received: 06 July 2011 - Accepted: 23 August 2011 - Available online: 23 August 2011

Abstract: Proton exchange membrane fuel cell is the most used device in clean energy production, but it requires a good water management for its optimal operation. The polymeric membrane plays the main role in water transport and proton exchange in the cell. In order to analyze this phenomenon, one-dimensional mathematical model is presented by a governing equation. Membrane structure is assumed as homogeneous and only single phase flow is taken into account in electrodes. Conservation equation of membrane water content is discretized using finite volumes method and numerical solution is calculated by a conceived Fortran 90 program. Water content, parameter effects, and ionic conductivity in the membrane are examined. The results obtained are in good agreement with available data in the literature.
Keywords: Proton exchange membrane fuel cell, polymeric membrane, water management, ionic resistance, simulation.

Simulation de la gestion d’eau dans la membrane à échangeuse de protons d’une pile à combustible

Résumé: La pile à combustible de type membrane à échangeuse de protons est la pile la plus utilisée, mais elle nécessite une bonne gestion d’eau pour son fonctionnement optimal. La membrane polymérique joue le rôle principal dans le transport d’eau et l’échange de protons dans les cellules. Afin d’analyser ce phénomène, un modèle mathématique unidimensionnel est présenté par une équation régissante. La membrane est considérée comme une structure homogène. L’équation de conservation est discrétisée à l’aide de la méthode des volumes finis et la solution numérique est calculée par un programme conçu en Fortran 90. La nature de transport des espèces et la conductivité ionique dans la membrane sont illustrées à l’aide des différentes courbes. Les résultats obtenus sont en bon accord avec ceux reportés dans la littérature.
Mots-clés: Pile à combustible de type membrane à échangeuse de protons, membrane à polymère, gestion d’eau, résistance protonique, simulation.