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25 -26 mars 2009Journées de Physique-Chimie1 Du nouveau du coté des piles à combustible! Pascal Brault Groupe de recherches sur lEnergétique des Milieux.

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1 mars 2009Journées de Physique-Chimie1 Du nouveau du coté des piles à combustible! Pascal Brault Groupe de recherches sur lEnergétique des Milieux Ionisés UMR6606 Université dOrléans – CNRS PolytechOrléans BP ORLEANS Cedex 2

2 mars 2009Journées de Physique-Chimie2 Sommaire La politique énergétique de la France après le sommet de Rio Action 21 programme global daction pour un développement durable au XXIe siècle Renforcer les bases scientifiques du développement durable Un exemple de conversion de lEnergie Les Piles à Combustible LEnergie Hydrogène : H 2 : Un vecteur énergétique avec les vertus de lélectricité et des énergies fossiles sans les inconvénients Production, distribution, stockage Application aux transports

3 mars 2009Journées de Physique-Chimie3 Les étapes des accords internationaux sur le développement durable Juin 1992 Déclaration de Rio du Sommet Planète Terre prise de conscience universelle des risques multiples encourus par la planète Terre et ses habitants au regard de la situation de lenvironnement physique, biologique, économique et social meilleure gestion des ressources de la Planète Décembre 1997Protocole de Kyoto Modalités du développement durable (Réduction émission gaz à effet serre, …) Août-Sept.2002Sommet de Johannesburg Plan daction : aboutir à léradication de la pauvreté et réaliser le développement humain.

4 mars 2009Journées de Physique-Chimie4 Les principaux axes de recherche concernent : lénergie photovoltaïque, en vue daméliorer les rendements de conversion, dabaisser les coûts de fabrication des modules photovoltaïques et doptimiser la gestion dun système énergétique complet ; lénergie géothermique, en vue délargir les domaines dexploitation de cette ressource actuellement limitée aux gisements sédimentaires (aquifères profonds pour le chauffage urbain) ou volcaniques (production délectricité à partir de vapeur) vers des potentiels plus vastes (socles profonds) ; in : Sommet mondial du développement durable Johannesburg 2002 LA SCIENCE AU SERVICE DUN DÉVELOPPEMENT DURABLE Contribution des organismes publics de recherche français

5 mars 2009Journées de Physique-Chimie5 la production de combustibles non-fossiles et leur conversion en énergie électrique, thermique ou mécanique par des piles à combustible dont les rendements sont bien supérieurs aux rendements des convertisseurs classiques (turbines, moteurs diesel...), le carburant hydrogène pouvant être obtenu par électrolyse de leau ou par gazéification de la biomasse ; le stockage de lénergie, en visant un stockage maximal dénergie par unité de volume et de masse, par exemple dans des batteries au lithium, ou des micro-batteries pour cartes à puces ; lutilisation rationnelle de lénergie, où un effort particulier est mené pour modéliser des systèmes thermiques et thermohydrauliques et des dispositifs très avancés en vue de réduire leur consommation énergétique.

6 mars 2009Journées de Physique-Chimie6 Le convertisseur idéal de lhydrogène ? La (les) pile(s) à combustible(s) H2OH2O e - Oxydant (ex. O 2 ) Electrolyte or Ions + Ions - CathodeAnode H2OH2O Plaque bipolaire Combustible (ex. H 2 )

7 mars 2009Journées de Physique-Chimie7 Pile basse température: Pile à membrane échangeuse de proton (PEMFC) Pile haute température: Piles à oxyde solide (SOFC)

8 mars 2009Journées de Physique-Chimie8 Pile à membrane échangeuse de proton (PEMFC)

9 mars 2009Journées de Physique-Chimie9 tissu de carbone Pile à membrane échangeuse de proton (PEMFC) Membrane Nafion ( µm) : polymère perfluoré acide Couche de diffusion ( 50 µm) : carbone poreux (80 %) + PTFE (20 %) Couches Actives (10 μm ): carbone poreux + PTFE + catalyseur

10 mars 2009Journées de Physique-Chimie10 Pile à oxyde solide (SOFC) AnodeCathode Electrolyte solide dense AnodeCathode Electrolyte solide dense et/ou Pile à oxyde solide (SOFC)

11 mars 2009Journées de Physique-Chimie11 Anode (poreuse) Sr 1-1.5x Y x TiO 3 Ni-ZrO 2 /Y 2 O 3 ZrO 2 -Y 2 O 3 La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 Electrolyte (dense) Cathode (poreuse) La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 Pile à oxyde solide (SOFC)

12 mars 2009Journées de Physique-Chimie12 Verrous scientifiques et technologiques Augmenter température de fonctionnement PEMFC ( 120°C) Baisser température de fonctionnement SOFC (1000°C 700°C) Recherches sur les matériaux de cœur de piles Hautes performances, faibles coûts, durables, tailles Fonctionnement et environnement de la pile Gestion des gaz, de leau Pb corrosion Durée de vie > 5000h (automobile) Implantation + production + stockage H 2

13 mars 2009Journées de Physique-Chimie13 Verrous scientifiques et technologiques (suite) -PEMFC : Catalyseur sans platine implication sur électrolyte (anionique OH - ) Valoriser « déchets » pétroliers comme nouveaux combustibles (glycérol) -SOFC :Electrolyte conducteur protonique Réduction des épaisseurs Nouveaux matériaux délectrode (perovskites, fluorite) Approche système - PlaqueGraphite matériaux emboutissable léger, non corrodable (Acier traité) Bipolaire Coût dune pile : 1/5 : plaque bipolaire 1/5 : électrolyte 1/5 : électrodes 2/5 : le système

14 mars 2009Journées de Physique-Chimie14 La question de lhydrogène Sécurité : validée Infrastructure : Transport, stockage, distribution. (voir Islande, Autoroute de lHydrogène (Norvège))

15 mars 2009Journées de Physique-Chimie15 La question de lhydrogène (suite) Distribution

16 mars 2009Journées de Physique-Chimie16 La question de lhydrogène (suite) Distribution

17 mars 2009Journées de Physique-Chimie17 La question de lhydrogène (suite) La production Electrolyse : H 2 O H 2 +1/2O 2 Eolien Solaire (Photovoltaïque et Thermique) Nucléaire Réformage : HC +O 2 (H 2 O) xH 2 + yCO Thermique, plasma, …

18 mars 2009Journées de Physique-Chimie18 La question de lhydrogène (suite) Le stockage Stockage gazeux hyperbar (en test sur véhicule 300 bar. Etude validée 700 bar) Hydrures métalliques (Palladium, …) borohydrures (LiBH 4, NaBH 4, …) Nanostructures de carbones

19 mars 2009Journées de Physique-Chimie19 Perspectives … davenir? Applications nomades : Applications transports : 2030 – 2050 Applications stationnaires : 2050 APU : 2015

20 mars 2009Journées de Physique-Chimie20 Perspectives … davenir? Dans ans : plus de pétrole, plus duranium … … mais encore de lhydrogène, du soleil, du vent … … et des idées ?

21 mars 2009Journées de Physique-Chimie21 23/01/2007 : Chevrolet Volt, le diamant de GMChevrolet Volt, le diamant de GM Chevrolet Volt, pour faire le plein : essence, E85, électricité ou hydrogène ? 26/01/2007 : Ford H2, un concept et un prototypeFord H2, un concept et un prototype Ford Airstream et Edge HySeries, des voitures à hydrogène qui se rechargent. 02/12/2006 : Ford Explorer à PACFord Explorer à PAC Le Ford Explorer à pile à combustible, l'hydrogène pour les familles américaines. 12/09/2006 : Peugeot 207 CC Épure à PACPeugeot 207 CC Épure à PAC Peugeot 207 épure, blanche, électrique et écologique : zéro pollution. Application aux transports Voitures PAC

22 mars 2009Journées de Physique-Chimie22 30/12/2005 : Un dragster HyundaiUn dragster Hyundai Hyundai Gator, le premier concept d'un dragster avec une pile à combustible. 21/05/2005 : La guerre sans polluer ?La guerre sans polluer ? Un Chevrolet Silverado à pile à combustible pour mettre l'armée US à l'hydrogène 07/12/2004 : Buggy à PAC pour l'arméeBuggy à PAC pour l'armée Avec le Quantum Aggressor, l'armée américaine a un coup d'avance. 07/09/2004 : Peugeot Quark, le quad à PACPeugeot Quark, le quad à PAC Peugeot Quark, le quad français à pile à combustible qui répond à Toyota. Autres véhicules PAC

23 mars 2009Journées de Physique-Chimie23 véhicule Honda FCVX autonomie 300 km, PAC 100 kW moteur sur roue 25 kW chassis bas amélioration de lhabitabilité

24 mars 2009Journées de Physique-Chimie24 véhicule GM Hy-Wire l'Hy-wire, le réservoir blindé de 75 kg contient 2 kg d'hydrogène !). Avec une autonomie de 400 km,

25 mars 2009Journées de Physique-Chimie25 Rack réservoir hydrogène du Peugeot Partner Taxi Projet GENEPAC : PEUGEOT - CEA Compartiment moteur et pile à combustible du Peugeot Partner Taxi Peugeot Partner Taxi Pile A Combustible

26 mars 2009Journées de Physique-Chimie26 Projet CUTE Clean Urban Transport for Europe 9 villes dEurope Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxembourg, Madrid, Porto, Stockholm, Stuttgart

27 mars 2009Journées de Physique-Chimie27

28 mars 2009Journées de Physique-Chimie28 17/04/2003 Bateau à lHydrogène 08/04/2003 : De l'hydrogène dans l'eau !De l'hydrogène dans l'eau ! C'est ce qui arrive quand on fait fonctionner un sous-marin avec une pile à combustible.

29 mars 2009Journées de Physique-Chimie29 En attendant... on peut utiliser la voiture hybride


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