Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les acteurs des technologies de l’énergie et notamment l’industrie automobile portent un intérêt grandissant aux piles à combustible, devant la montée constante du prix des énergies fossiles (pétrole, gaz naturel), la réduction des émissions de gaz à effet de serre et la prédominance croissante de l’électricité en tant que vecteur énergétique. Dans ce contexte, PSA Peugeot Citroën et le Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) se sont associés pour développer un prototype de pile à combustible à membrane échangeuse de protons adapté aux contraintes de l’automobile : GENEPAC.
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The actors of energy technologies and in particular the automobile industry demonstrate a growing interest for fuel cells due to the constant price increase of fossil energies (oil, natural gas), the reduction of greenhouse gas effect emissions and the increasing part played by electricity as an energy vector. Within this context, PSA Peugeot Citroën and the Atomic Energy Commission (CEA) have collaborated in order to develop a prototype of proton exchange membrane fuel cell adapted to the constraints of the automobile industry: GENEPAC.
Auteur(s)
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Laurent ANTONI : Docteur-Ingénieur, responsable du Laboratoire d'intégration de générateurs électrochimiques CEA/LITEN Grenoble
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Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER : Docteur-Ingénieur, chef de projet au Laboratoire d'intégration de générateurs électrochimiques au CEA/LITEN Grenoble
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Francis ROY : Ingénieur, chef de projet à la Direction de la recherche et innovation automobiles du groupe PSA Peugeot Citroën
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Xavier GLIPA : Docteur, responsable métier pile à combustible à la Direction de la recherche et innovation du groupe PSA Peugeot Citroën
INTRODUCTION
parmi les technologies de transports décarbonés, la pile à combustible constitue une solution d'avenir pour la traction automobile. Complémentaire aux batteries, elle confère aux véhicules électriques une autonomie comparable aux véhicules actuels thermiques tout en préservant les prestations de confort et de brio. Son niveau de maturité conduit les constructeurs automobiles à initialiser leur commercialisation dans les prochaines années. Dans ce contexte, PSA Peugeot Citroën et le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) se sont associés pour développer une pile à combustible adaptée aux contraintes de l'automobile : la pile GENEPAC et le système FiSyPAC.
among the technologies for CO2-free transportation, the fuel cell constitutes an electric powertrain solution for the future. Complementary to batteries technology, it gives electric vehicle range comparable to ICE vehicle, while maintaining comfort and dynamic performances. Its current level of maturity leads the car manufacturers to launch their marketing over the next few years. In this context, PSA Peugeot Citroën and the Commissariat à l"énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) have worked together to develop a fuel cell adapted to the car constraints : the GENEPAC stack and the FiSyPAC system.
pile à combustible, hydrogène, automobile, système
fuel cell, hydrogen, automotive, system
Domaine : Pile à combustible pour application automobile
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Hydrogène
Domaines d'application : Automobile + extension aux autres moyens de transport
Principaux acteurs français :
Centres de compétence :
Pôles de compétitivité : Tenerrdis – Véhicule du futur – MOVEO
Industriels : Constructeurs automobiles et équipementiers
Autres acteurs dans le monde : Ballard, Hydrogenics...
Contact : [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2007 par Laurent ANTONI, Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER, Francis ROY, Xavier GLIPA
- Version courante de mars 2023 par Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER, Laurent ANTONI
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion – Perspectives4. Système pile à combustible
4.1 Architecture
Pour des raisons d'efficacité énergétique et de durée de vie des composants pile, la conception du système pile à combustible doit permettre de réaliser les réactions électrochimiques dans des conditions optimales de pression, température, stœchiométrie et humidité. Il est construit autour de la pile pour assurer la fourniture en air, hydrogène et liquide caloporteur et permettre l'évacuation des gaz viciés ainsi que la chaleur produite lors de la réaction.
Il intègre, tel que présenté sur la figure 25, la pile à combustible et trois lignes fluides (air, hydrogène et liquide caloporteur).
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La ligne d'air utilise un compresseur pour adapter pression et débit d'oxygène dans la pile à combustible. Une boucle de recirculation permet de récupérer l'eau produite par la pile pour humidifier l'air frais entrant. Ce flux d'eau est assuré par un humidificateur à membrane qui capte la vapeur d'eau présente dans l'échappement de la pile et la transfère à l'air entrant. L'air vicié de la pile et appauvri en eau est évacué par une ligne d'échappement vers l'extérieur du système.
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La ligne d'hydrogène utilise aussi un principe de recirculation dont les intérêts sont multiples :
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la stœchiométrie en hydrogène dans la pile est d'environ 1,5. Pour limiter la consommation et augmenter l'efficacité du système, l'hydrogène non consommé est réinjecté dans la pile à combustible ;
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pour préserver la durée de vie de la pile et améliorer son rendement, la vapeur d'eau présente en sortie anodique est réinjectée à l'entrée anodique ;
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pour éviter tout phénomène de stratification azote/hydrogène dans la pile à combustible, la recirculation assure un brassage permanent de l'anode. L'azote à l'anode est issu de la cathode par diffusion au travers de la membrane. Le taux d'azote à l'anode peut atteindre des niveaux dépassant 50 % sans préjudice sur le fonctionnement de la pile sous réserve qu'il n'y ait pas d'accumulations locales.
La recirculation anodique peut être réalisée par une pompe ou un éjecteur. Ce dernier n'entraîne aucune surconsommation énergétique (électrique) du système pile à combustible car il exploite la pression...
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Système pile à combustible
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WIPKE (K.), SPRIK (S.), KURTZ (J.), GARBAK (J.) - Field experience with fuel cell vehicles, in Handbook of Fuel Cells – Fundamentals. Technology and Applications. - Advances in Electocatalysis, Materials, Diagnostics and Durability. John Wiley & Sons, vol. 6, Ltd. ISBN : 978-0-470-72311-1, (2009).
-
(2) - STEVENS (P.), NOVEL-CATTIN (F.), HAMMOU (A.), LAMY (C.), CASSIR (M.) - Piles à combustible. - Techniques de l'Ingénieur [D 3 340].
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(3) - MOSDALE (R.) - Transport électrique routier. Véhicules électriques à pile à combustible. - Techniques de l'Ingénieur [D 5 570].
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(4) - TAWFIK (H.), HUNG (Y.), MAHAJAN (D.) - Metal bipolar plates for PEM fuel cell – A review. - Journal of Power Sources, vol. 163, Issue 2, p. 755-767, 1 janv. 2007.
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(5) - ANTUNES (R.A.), OLIVEIRA (M.C.L.), ETT (G.), ETT (V.) - Corrosion of metal bipolar plates for PEM fuel cells : A review, International Journal of Hydrogen Energy. - vol. 35, Issue 8, p. 3632-3647, avr. 2010.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
PSA Peugeot Citroën http://www.psa-peugeot-citroen.com
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Règlement R101 : Prescriptions uniformes relatives à l'homologation des voitures particulières mues uniquement par un moteur à combustion interne ou mues par une chaîne de traction électrique hybride en ce qui concerne la mesure des émissions de dioxyde de carbone et de la consommation d'énergie électrique et de l'autonomie en mode électrique, et des véhicules des catégories M1 et N1 mus uniquement par une chaîne de traction électrique en ce qui concerne la mesure de la consommation d'énergie électrique et de l'autonomie. Date d'entrée en vigueur : 4 avril 2005.
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