Présentation
Auteur(s)
-
Renaut MOSDALE : Docteur-ingénieur en électrochimie - Président - PaxiTech SAS
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Lire l’articleINTRODUCTION
La principale différence entre une pile à combustible (PAC) et une batterie provient du fait qu’une pile à combustible fonctionne tant qu’elle est alimentée en combustible et en comburant, et ne nécessite donc pas de recharge électrique. Si, dans le cas d’une batterie, les électrodes contiennent la matière active qui sera consommée et régénérée au gré des décharges et charges, les électrodes d’une pile à combustible ne contiennent que les catalyseurs nécessaires aux réactions, les réactifs provenant de réservoirs extérieurs. Cette différence primordiale permet, dans un système à pile à combustible, de séparer l’énergie contenue dans le carburant de la puissance résultant de la taille de la pile, et devrait aboutir à des véhicules électriques plus performants que les véhicules thermiques actuels et possédant une autonomie comparable.
Pour une étude générale sur les piles à combustible, le lecteur se reportera à l’article de la base documentaire « Réseaux électriques et applications » des Techniques de l’Ingénieur (référence ).
VERSIONS
- Version courante de févr. 2022 par Joseph BERETTA
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1. Notions de base
1.1 Les différents types de pile
Depuis les années mil neuf cent soixante et le début des programmes spatiaux américains de R&D sur les piles à combustible, plusieurs types de classifications ont été utilisés, basés sur des critères tels que le combustible, la température d’utilisation, la nature de l’électrolyte, la géométrie des systèmes, etc. À présent la communauté scientifique a adopté une classification par type d’électrolyte (correspondant le plus souvent à une température de fonctionnement). Le tableau décrit, pour chaque type de pile, les réactions aux électrodes, les catalyseurs utilisés et l’ion transporté dans l’électrolyte.
Si de nombreuses applications sont envisageables pour ces différents types de piles, en ce qui concerne le transport terrestre public ou particulier, seules les piles AFC et PEMFC ont, à ce jour, été utilisées pour la traction, et les piles SOFC envisagées comme source auxiliaire de puissance (APU).
HAUT DE PAGE1.1.1 Piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC)
Dans les PEMFC, l’électrolyte utilisé est une membrane polymère à conduction protonique assurée par des fonctions sulfoniques. La classe de produit commercial la plus couramment employée est une membrane perfluorosulfonique, c’est-à-dire que la fonction acide est de type sulfonique et que tous les atomes d’hydrogène associés à des carbones ont été remplacés par des atomes de fluor. Cette substitution permet d’obtenir une acidité très supérieure à celle des acides forts conventionnels (acide sulfurique, chlorhydrique, perchlorique, etc.), et d’assurer à ce polymère proche du Téflon® une grande stabilité chimique dans des environnements réducteurs et oxydants que sont respectivement les milieux anodiques et cathodiques de la pile. Cette membrane est par ailleurs très hydrophile et nécessite d’être parfaitement hydratée pour une conductivité protonique optimale. En effet, le mode de conduction se rapproche fortement d’une conduction liquide pour laquelle le proton est solvaté, lors de son déplacement, par plusieurs molécules d’eau. La température de fonctionnement...
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Notions de base
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIMES (P.G.) - Historic pathways for fuel cells - The new electric century. IEEE AES Systems Magazine, p. 7-10 (déc. 2000).
-
(2) - MOND (L.), LANGER (C.) - A new form of gas battery - Phil. Mag., vol. 46, p. 296-304 (1889).
-
(3) - BACON (F.T.) - Fuel cells, past, present and future - Electrochimica Acta, vol. 14, p. 569-585 (1969).
-
(4) - MOSDALE (R.), ESCRIBANO (S.) - * - Clefs CEA n° 44, p. 51 (hiver 2000-2001).
-
(5) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Analysis of performance and of water and thermal management in proton exchange membrane fuel cells - Electrochimica Acta, vol. 40, n° 4, p. 413-421 (1995).
-
(6) - STEVENS, al - Piles à combustible. - [D 3 340]. Techniques de l’Ingénieur, Base documentaire « Réseaux...
ANNEXES
ClubPac Club français « Piles à combustible »
Ballard (Canada)
Fuel Cells 2000
DaimlerChrysler
http://www.daimlerchrysler.de/
Société Plug Power
US Fuel Cell Council
Nuvera Fuel Cells
Fuel Cell Today
Hydrogenics
UTC Fuel Cells
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