Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Lire l’articleAuteur(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).
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Piles alcalines (AFC)
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1. Présentation des diverses familles
Différentes familles de piles à combustible ont été développées. Les piles hydrogène/oxygène (air) sont classées selon la nature de l’électrolyte et leur température de fonctionnement (tableau 1).
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Les principales applications envisagées, avec la puissance électrique correspondante, sont les suivantes :
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production décentralisée électrogène (jusqu’à la centaine de mégawatts) ;
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cogénération industrielle ou centralisée (jusqu’à 50 MW) ;
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cogénération tertiaire (jusqu’à 400 kW) ;
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cogénération de maison individuelle (1 à 10 kW) ;
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alimentation de sites isolés (10 à 200 kW) ;
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secours et qualité (jusqu’à 200 kW) ;
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véhicules électriques (environ 100 kW) ;
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autobus (environ 200 kW) ;
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poids lourds (150 à 400 kW) ;
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trains (400 à 800 kW) ;
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navires et sous-marins (par modules de 200 à 500 kW) ;
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engins spatiaux (10 à 50 kW) ;
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avions (100 kW à quelques MW) ;
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ordinateurs et téléphones portables (1 à 100 W).
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L’hydrogène utilisé est soit stocké dans des bouteilles de gaz comprimé (jusqu’à 700 bars) ou dans des vases Dewar d’hydrogène liquéfié ou dans des hydrures métalliques, soit produit par reformage à l’eau de différents combustibles : gaz naturel (CH4), charbon gazéifié, méthanol, propane, ammoniac, distillat liquide, naphta, biomasse, etc. (voir article [BE 8 595]).
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Le reformage peut se faire à l’extérieur de la pile (piles à basses températures, telles que PAFC, AFC ou PEMFC) ou, mieux, à l’intérieur...
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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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