La pile à combustible (PAC)La pile à combustible (PAC)
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• 1) Définition et fonctionnement d’une PAC
• 2) Impact environnemental (effet de serre)
• 3) Épuisement des combustibles fossiles
• 4) Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction
• 5) Coûts des PAC résidentielles
• 6) Applications
• 7) CONCLUSIONS
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• Une pile à combustible est un générateur électrochimique qui permet de convertir directement l’énergie chimique interne d’un combustible en énergie électrique + de la chaleur récupérable (cogénération).
• Pas de partie tournante = pas de bruit• Pas besoin de chaleur pour produire de l’électricité.• La pile fonctionne tant qu’elle est allimentée en continu
en combustible (H2), le comburant étant l’oxygène de l’air (O2)
Définition d’une pile à combustibleDéfinition d’une pile à combustible
Définition et fonctionnement d’une PAC
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Fonctionement interne d’une pile de type PEM
Définition et fonctionnement d’une PAC
Hydrogène + Oxygène Vapeur d’eau + électricité + chaleur
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Caractéristiques d’une cellule élémentaire d’une pile PEM (pour une membrane d’1cm2)
Définition et fonctionnement d’une PAC
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Assemblage de cellules élémentaires d’ une pile PEM
Définition et fonctionnement d’une PAC
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Avantages des piles à combustibleAvantages des piles à combustible
Réduction des émissions de CO2
rendement électrique élevé (40-60%) cogénération aisée adaptées à l'hydrogène comme vecteur
énergétique et à la production décentralisée d'énergie électrique
permet de valoriser les sources d'énergie renouvelables (vent, soleil, marée, …)
Définition et fonctionnement d’une PAC
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Avantages des piles à combustibleAvantages des piles à combustible
Emissions faibles ou nulles (NOx, SO2, poussières, CO)
Fiabilité
Maintenance réduite
Souplesse d’utilisation, rendement élevé même à taux d’utilisation faible
Définition et fonctionnement d’une PAC
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L’effet de serre
Impact environnemental
Concentration mesurée d'après des carottes glaciaires (D47, D57, Siple, and South Pole stations), et depuis 1958 concentration mesurée directement à Mauna Loa, Hawaii. La concentration estimée à partir de mesures faites dans des carottes glaciaires se base sur l'analyse des bulles d'air piégées dans la glace, la datation se faisant en fonction de la profondeur sous la surface de la glace. La concentration de CO2 est relativement homogène dans l'atmosphère, le brassage complet par les vents étant effectué en moins d'un an
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Épuisement des ressources de pétrole
Impact environnemental
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Transformation de la matière par déplacement d’électrons
2 demi reactions L’oxydation : lié a la perte d’électrons
H2 2 H+ + 2 e- E0 = 0,000 V
La réduction : lié à la capture d’électrons½ O2 + 2 H+ + 2 e- H2O E0 = 1,229 V
La tension à vide aux bornes d’une pile PEM a 25 °C et 10 Mpa Est donc de 1,229 V. A 80 °C et 10MPa celle ci chute à 1,16 V
Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction
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Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction
Énergies disponibles
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Schéma de principe d’une cellule élémentaire d’une pile PEM
Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction
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Coûts des PAC résidentielles
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Applications stationnaires de faible puissanceApplications stationnaires de faible puissance
Puissance 0.5 à 10 kW
Type de piles PEMFC: 80% SOFC: 20%
Principaux marchés alimentation électrique de haute sécurité
alimentation de secours
cogénération résidentielle
Combustible Gaz Naturel: 75%, H2 comprimé, méthanol
Applications
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Applications
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Applications mobilesApplications mobiles
Marchés de niches: vélo, cart de golf, trottinette, etc.
Automobile: propulsion: commercialisation vers 2010
alimentation électrique des véhicules
lié à la création du réseau de distribution de l'H2
type de pile: PEMFC
Applications
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Applications
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Applications
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Applications
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Applications
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Applications
Types PEMFC
Puissance 1 W à 100 W ... (1kW)
Avantages:• Autonomie élevée (5 à 10 fois plus élevée que les batteries les plus modernes à poids identique)• recharge rapide
Combustible: méthanolhydrogène obtenu à partir du méthanol par microreforming
Applications portables
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Applications
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CONCLUSIONS
• Deux siècles d’attente et de progrès technologiques pour voir les premières applications concrètes.
• Technologie imposée par l’environnement (disparition des ressources non renouvelables et explosion de l’effet de serre)
• Technologie propre et silencieuse intimement liée à l’hydrogène• Fourniture d’électricité à haut rendement et éventuellement de
chaleur utile (cogénération)• Applications multiples dans la vie courante (domestique,
transport, télécomunication, etc)• Enfin un respect de l’environnement, et également un meilleur
avenir pour nos descendants