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Article

1 - PRÉSENTATION DES DIVERSES FAMILLES

2 - PILES ALCALINES (AFC)

3 - PILES À ACIDE PHOSPHORIQUE (PAFC)

4 - PILES À CARBONATES FONDUS (MCFC)

5 - PILES CÉRAMIQUES PROTONIQUES (PCFC)

6 - PILES À OXYDE SOLIDE (SOFC)

7 - ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX

8 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D3341 v1

Piles céramiques protoniques (PCFC)
Filières de piles à combustible - Piles alcalines et à haute température

Auteur(s) : Michel CASSIR, Daniel HISSEL, Claude LAMY, Gilles TAILLADES

Date de publication : 10 déc. 2023

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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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Auteur(s)

  • Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), France

  • Daniel HISSEL : Professeur, université de Franche-Comté, Institut universitaire de France (IUF), FEMTO-ST, CNRS, - Directeur-adjoint Fédération nationale hydrogène du CNRS

  • 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 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).

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3341


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5. Piles céramiques protoniques (PCFC)

5.1 Généralités

Le fonctionnement des piles à combustible à haute température (800-1 000 °C) conduit à des phénomènes de vieillissement par corrosion, interdiffusion, réaction entre les composants, et nécessite des systèmes complexes et coûteux. Afin de limiter ces problématiques, la tendance vise à diminuer la température de fonctionnement des SOFC (LT-SOFC). Cette diminution de la température de fonctionnement des SOFC réduit le coût du système, élargit le choix de matériaux pour les interconnecteurs et les joints, mais entraîne une importante baisse des performances. Dans ce contexte, les Protonic Ceramic Fuel Cells (PCFC), qui fonctionnent dans la gamme de températures 400-600 °C, constituent une alternative prometteuse. Ces dispositifs, basés sur un électrolyte céramique, fonctionnent selon les mêmes réactions électrochimiques aux électrodes que les PEMFC :

H 2 2 H + +2 e                   ( anode:électrode à hydrogène) 2 H + + 1 2 O 2 +2 e H 2 O ( cathode:électrode à air) H 2 + 1 2 ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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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