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La pile à combustible (PAC). 2 •1) Définition et fonctionnement d’une PAC •2) Impact environnemental (effet de serre) •3) Épuisement des combustibles.

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1 La pile à combustible (PAC)

2 2 •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

3 3 •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 (H 2 ), le comburant étant l’oxygène de l’air (O 2 ) Définition d’une pile à combustible Définition et fonctionnement d’une PAC

4 4 Fonctionement interne d’une pile de type PEM Définition et fonctionnement d’une PAC Hydrogène + Oxygène  Vapeur d’eau + électricité + chaleur

5 5 Caractéristiques d’une cellule élémentaire d’une pile PEM (pour une membrane d’1cm 2 ) Définition et fonctionnement d’une PAC

6 6 A ssemblage de cellules élémentaires d’ une pile PEM Définition et fonctionnement d’une PAC

7 7 Avantages des piles à combustible  Réduction des émissions de CO 2  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

8 8 Avantages des piles à combustible  Emissions faibles ou nulles (NOx, SO 2, poussières, CO)  Fiabilité  Maintenance réduite  Souplesse d’utilisation, rendement élevé même à taux d’utilisation faible Définition et fonctionnement d’une PAC

9 9 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

10 10 Épuisement des ressources de pétrole Impact environnemental

11 11  Transformation de la matière par déplacement d’électrons  2 demi reactions  L’oxydation : lié a la perte d’électrons H 2  2 H e - E 0 = 0,000 V  La réduction : lié à la capture d’électrons ½ O H e -  H 2 O E 0 = 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

12 12 Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction Énergies disponibles

13 13 Schéma de principe d’une cellule élémentaire d’une pile PEM Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction

14 14 Coûts des PAC résidentielles

15 15 Applications stationnaires de faible puissance Puissance0.5 à 10 kW Type de pilesPEMFC: 80% SOFC: 20% Principaux marchésalimentation électrique de haute sécurité alimentation de secours cogénération résidentielle CombustibleGaz Naturel: 75%, H 2 comprimé, méthanol Applications

16 16 Applications

17 17 Applications 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'H 2 type de pile: PEMFC Applications

18 18 Applications

19 19 Applications

20 20 Applications

21 21 Applications

22 22 Applications TypesPEMFC Puissance1 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:méthanol hydrogène obtenu à partir du méthanol par microreforming Applications portables

23 23 Applications

24 24 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


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