Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les filières alcalines et à moyenne ou haute température (AFC, PAFC, MCFC, PCFC et SOFC) font l’objet du présent article. Bien que l’approche générale soit la même, chacun des systèmes met en jeu des aspects physicochimiques de transport et configurationnels très distincts.
La pression, la température et, par conséquent, le choix des matériaux constituent un enjeu particulier. Outre les systèmes basse (AFC) et moyenne température (PAFC), ceux à haute température sont aussi très variés, des électrolytes à sels fondus (MCFC) aux systèmes tous solides, à conduction protonique (PCFC) ou anionique (SOFC).
Dans un monde où énergie et ressources ont un caractère géostratégique très sensible, les piles à combustible offrent une grande gamme de solutions équilibrées et de perspectives dans le sens de la durabilité.
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This paper is dedicated to alkaline and moderate or high-temperature fuel cells (AFC, PAFC, MCFC, PCFC and SOFC). Although the general approach is the same, each of the systems involves very different physical/chemical, mass transfer and configurational features.
Pressure, temperature and, consequently, the choice of materials are a particular issue. In addition to the low-temperature (AFC) and moderate-temperature (PAFC) systems, high-temperature systems are also highly varied, ranging from molten-salt electrolytes (MCFC) to all-solid, protonic (PCFC) or anionic (SOFC) conduction systems.
In a world where energy and resources are highly sensible et geostrategic level, fuel cells offer a wide range of balanced solutions and prospects for sustainability.
Auteur(s)
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Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), France
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Daniel HISSEL : Professeur, université de Franche-Comté, Institut universitaire de France (IUF), FEMTO-ST, CNRS, - Directeur-adjoint Fédération nationale hydrogène du CNRS
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Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, - Membre de France Hydrogène, France
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Gilles TAILLADES : Professeur, directeur de la mention énergie, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, France
INTRODUCTION
Depuis leur invention il y a un peu moins de deux cents ans, les perspectives d’un développement industriel et commercial et public des piles à combustible n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de la recherche, de choix stratégiques tant de nombreux pays que de grands groupes industriels, de constructeurs automobiles et en réponse à un contexte environnemental, sociétal et politique en forte évolution.
Les filières de piles à combustible sont très variées et mettent en œuvre des matériaux, des conditions expérimentales (température, pression, atmosphères gazeuses) et des systèmes très variés. Elles ont des spécificités scientifiques et technologiques qui sont autant de perspectives d’application dans des domaines très larges.
Cet article, en complément aux trois articles auxquels il est associé, doit permettre de donner au technicien et à l’ingénieur les bases nécessaires sur divers dispositifs de piles à combustible (matériaux, fonctionnements, verrous industriels, applications de base et perspectives), des piles alcalines (AFC) à l’ensemble des piles à haute température (PAFC, MCFC, PCFC, SOFC).
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
fuel cell | alkaline fuell cell | Proton Ceramic Fuel Cell | Solid Oxide Fuel Cel
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Piles à carbonates fondus (MCFC)
En anglais
3. Piles à acide phosphorique (PAFC)
Les PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) ont connu une forte croissance à la fin du siècle dernier pour être commercialisées principalement sur des applications stationnaires de cogénération. Des unités de puissance électrique de 100 à 250 kW ont été fabriquées en série par la société américaine ONSI Corp. (filiale IFC/UTC et Toshiba), qui a produit sa centième pile en 1997, et par Fuji au Japon. Cette technologie a été progressivement abandonnée au profit de piles à combustible à électrolyte solide, telle que la PEMFC (voir article [D 3 340]).
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La première démonstration d’une pile à combustible pour application stationnaire en France était une PAFC 200 kW e/220 kWth ONSI installée par EDF et GDF en 2000 connectée sur un réseau de chaleur à Chelles en Seine-et-Marne. Leur température de fonctionnement (200 °C) et leur taille font qu’elles sont particulièrement adaptées à un fonctionnement en cogénération de chaleur pour une installation en milieu urbain (immeuble ou hôpital par exemple).
Quelques installations plus puissantes ont également été réalisées, dont notamment une centrale de 11 MW à Goi au Japon et une centrale de 1 MW à Milan.
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Les principaux éléments de la pile PAFC sont le système de traitement du gaz naturel (désulfuriseur, reformeur et réacteur de gaz à l’eau), l’empilement électrochimique, l’onduleur et le système de contrôle-commande. Elles utilisent de l’acide phosphorique concentré (100 %) comme électrolyte immobilisé dans une matrice de carbure de silicium. Ce liquide visqueux a l’avantage d’être peu volatil, d’avoir une bonne conductivité ionique à haute température et une bonne solubilité de l’oxygène. Il se solidifie à 42 °C, ce qui oblige à tout moment de maintenir la PAFC en veille chaude, même pendant les périodes d’arrêt.
Des électrodes de carbone à haute surface spécifique sont utilisées...
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Piles à acide phosphorique (PAFC)
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ADAMS (A.-M.), BACON (F.-T.), WATSON (R.-G.-H.) - Fuel Cells. - W. MITCHELL Jr. (Ed.), Academic Press, New York, pp. 129-192 (1964).
-
(2) - WINSEL (A.) - The Eloflux Fuel Cell System. - Dechema Monogr., 92, p. 1983 (1985).
-
(3) - - http://www.fujielectric.com/products/fuelcell/spec.html
-
(4) - - http://www.fujielectric.com/products/fuelcell/
-
(5) - - http://www.doosanfuelcell.com/en/
-
(6) - LIEBHFSKY (H.A.), CAIRNS (E.J.) - Fuel Cells and Fuel Batteries – A guide to their research and development - (Piles à Combustible et Batteries à Combustible – Un guide pour leur étude et développement), John Wiley & Sons, Inc., New York. pp. 692 (1968).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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GENEPAC : pile à combustible PEMFC issue du partenariat PSA Peugeot Citroën (Stellantis) et CEA.
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Principe des piles à combustible. Piles à membranes basse température.
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Piles à combustible PEMFC et SOFC – Description et gestion du système.
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Piles à combustible PEMFC et SOFC – Transferts de chaleur et de masse.
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Applications mobiles et stationnaires de l’hydrogène dans la transition énergétique.
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