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