Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les piles à combustible trouvent aujourd’hui des applications dans un grand nombre de domaines. Pour cela, l’objet unitaire "pile à combustible" doit tout d’abord être intégré dans un système, lequel permet d’alimenter la pile à combustible en carburant et comburant, de mettre en forme l’énergie électrique produite, de gérer la chaleur au sein et autour de la pile à combustible et de s’assurer des conditions opératoires de l’ensemble via un dispositif de contrôle/commande.
Cet article présentera tout d’abord les principales caractéristiques d’un tel système de pile à combustible, avant de se focaliser sur les applications des piles à combustible dans le domaine de la production stationnaire d’énergie et dans celui des mobilités terrestres (véhicules personnels, bus, camions, trains).
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Fuel cells today find applications in a large number of fields. For this, the fuel cell object must first be integrated into a system, which makes it possible to supply the fuel cell with fuel and oxidizer, to shape the electrical energy produced, to manage the heat at the within and around the fuel cell and to ensure the operating conditions of the system via a control/command device.
This article will first present the main characteristics of such a fuel cell system, before focusing on the applications of fuel cells in the field of stationary energy production and in that of ground mobility (personal vehicles, buses, trucks, trains).
Auteur(s)
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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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Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de recherche de chimie Paris (IRCP), France
-
Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, membre de France Hydrogène, France
-
Gilles TAILLADES : Professeur, Directeur de la mention Énergie, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, France
INTRODUCTION
Depuis leur invention en 1839, les perspectives d’un développement commercial des piles à combustible n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de la recherche, de choix stratégiques de grands groupes industriels, de constructeurs automobiles et en réponse à un contexte environnemental, sociétal et politique, en forte évolution.
L’objet technologique qu’est la pile à combustible ne peut pas fonctionner seul. Il doit être impérativement associé à d’autres objets technologiques, souvent qualifiés d’« auxiliaires », mais néanmoins totalement indispensables à son fonctionnement. Cet article, en complément aux trois articles auquel il est associé, doit permettre de donner au technicien et à l’ingénieur les bases nécessaires à la conception d’un tel « système » pile à combustible, associant le cœur de pile avec ses auxiliaires de fonctionnement, dans l’objectif de permettre d’optimiser les performances statiques et dynamiques d’un tel système, tout en préservant sa durabilité et en minimisant ses coûts d’investissement et de fonctionnement.
Par ailleurs, une fois le système pile à combustible ainsi constitué, cet article décrira également les applications aujourd’hui existantes dans le domaine des systèmes stationnaires de production d’énergie, mais aussi dans celui de la mobilité terrestre, ou plutôt des mobilités terrestres, tant la conception de celles-ci peut s’avérer différente, selon le cahier des charges auquel ces systèmes hydrogène doivent répondre.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
fuel cell | Road vehicles | mobilitiies | stationary applications
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Gestion du comburant
En anglais
2. Gestion du combustible
2.1 Nature du combustible
Le combustible utilisé par le stack est en général l’hydrogène qui est directement oxydé dans les cellules électrochimiques élémentaires. Les seules exceptions sont les piles fonctionnant à haute température (MCFC et SOFC – voir article [D 3 341]), qui ont également la possibilité d’utiliser directement le monoxyde de carbone (CO) ou le gaz naturel (CH4), et les DMFC (voir article [D 3 340]) qui peuvent convertir le méthanol directement en électricité (voir figure 4).
À part l’hydrogène natif, que l’on extrait aujourd’hui en faibles quantités en Islande ou en Afrique centrale, les combustibles secondaires suivants peuvent être utilisés comme source d’hydrogène : gaz naturel, gazole, hydrocarbures, charbon gazéifié, biomasse, gaz de décharge, méthanol, ammoniac, etc. .
La transformation du combustible secondaire en hydrogène et/ou CO s’effectue soit :
-
totalement en dehors du système pile à combustible ;
-
dans le système pile, dans une configuration qui permet d’optimiser les flux thermiques ;
-
dans le cœur de pile lui-même, en utilisant la chaleur produite dans le stack.
L’industrie utilise principalement le gaz naturel, les hydrocarbures, le charbon et l’eau comme sources d‘hydrogène, conduisant...
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Gestion du combustible
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARBIR (F.) - PEM Fuel Cells: Theory and practices. - Elsevier Academic Press, San Diego, Califiornia (2005).
-
(2) - KALAMARAS (C.M.), EFSTATHIOU (A.M.) - Hydrogen Production Technologies : Current State and Future Developments. - Conference Papers in Science, vol. 2013, 690627 (2013).
-
(3) - VOLDSUND (M.), JORDAL (K.), -ANANTHARAMAN (R.) - Hydrogen Energy. - International Journal of Hydrogen, 41, pp. 4969-4992 (2016).
-
(4) - Ordonnance n° 2021-167 du 17 février 2021 - relative à l’hydrogène.
-
(5) - - https://www.linde-engineering.com
-
(6) - WANG (H.), GAILLARD (H.), HISSEL (D.) - A review of DC/DC converter-based electrochemical impedance spectroscopy for fuel cell electric vehicles. - Renewable...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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