1 - FONDEMENTS

• 1.1 - Thermodynamique
  Figure 1 - Variation de la tension thermodynamique Eth et de la tension thermoneutre ou enthalpique Vtn d’électrolyse de l’eau liquide en fonction de la température sous une pression de 1 bar Figure 2 - Rôle de la pression et de la température sur les tensions thermodynamique et enthalpique d’électrolyse de l’eau
• 1.2 - Principes électrochimiques
  Figure 3 - Schéma de principe (vue en coupe) d’une cellule d’électrolyse de l’eau Figure 4 - Schéma montrant les trois principales façons d’utiliser une membrane échangeuse d’ions dans une cellule électrochimique
• 1.3 - Caractéristiques courant-tension
  Figure 5 - Caractéristique courant-tension schématique en électrolyse de l’eau à 298 K Figure 6 - Caractéristiques courant-tension mesurées à 60 °C dans une cellule de laboratoire de 4 cm2 avec deux membranes polymères (Nafion 117 et Nafion 115) différents Figure 7 - Caractéristique courant-tension mesurée à 80 °C avec les différents termes constitutifs de la tension de cellule (tension thermodynamique, chute ohmique et surtensions) Figure 8 - Rôle de la température sur les caractéristiques courant-tension Figure 9 - Rôle de la pression de fonctionnement sur la caractéristique courant-tension
• 1.4 - Efficacité énergétique

2 - CELLULE ÉLÉMENTAIRE

• 2.1 - Différentes couches fonctionnelles
  Figure 10 - (a) Schéma de principe d’une cellule d’électrolyse de l’eau à membrane acide ; (b) circuit électrique équivalent
• 2.2 - Électrolyte polymère
  Figure 11 - (a) Composition chimique des matériaux PFSA ; (b) représentation schématique de la microstructure des PFSA utilisés comme électrolyte polymère [14]
• 2.3 - Électrocatalyseurs
• 2.4 - CCM versus MEA
  Figure 12 - Cliché MEB de la surface d’une PTL titane dont les fibres de surface sont recouvertes d’un fin dépôt d’oxyde d’iridium (150 µg.cm−2)
• 2.5 - Couches distributrices
  Figure 13 - Clichés MEB montrant la microstructure de deux distributeurs en titane poreux (a) forte porosité, (b) faible porosité
• 2.6 - Gestion fluidique
• 2.7 - Plaques bipolaires séparatrices
• 2.8 - Espaceur interpolaire et fonction étanchéité

3 - RÉACTEUR MULTICELLULES

• 3.1 - Choix de la géométrie de cellule
  Figure 14 - Exemples de stacks multicellules de forme circulaire et rectangulaire (source Elogen)
• 3.2 - Options d’empilement cellulaire
• 3.3 - Équilibrage fluidique et gestion thermique
  Figure 15 - Graphe de λH2O en fonction de ΔT pour différentes valeurs de Ucell
• 3.4 - Électrolyse de l’eau pressurisée

4 - PROCÉDÉ ET ÉQUIPEMENTS AUXILIAIRES

• 4.1 - Description du procédé
  Figure 16 - Schéma de principe du procédé complet d’électrolyse de l’eau PEM
• 4.2 - Purification de l’eau
• 4.3 - Conversion électrique
• 4.4 - Conditionnement des gaz

5 - ANALYSE DE PERFORMANCE

• 5.1 - Performance début de vie
• 5.2 - Pertes de performance
  Figure 17 - Tension moyenne de cellule en fonction du temps [17]
• 5.3 - Analyse de coût
  Figure 18 - Rôle de la densité de courant sur (1) le CAPEX, (2) l’OPEX, (3) le coût total de l’hydrogène électrolytique par électrolyse de l’eau PEM
• 5.4 - Comparaison avec d’autres procédés d’électrolyse de l’eau
  Figure 19 - Domaines de fonctionnement typiques des technologies PEM et alcaline Figure 20 - Caractéristiques comparées des trois principales technologies d’électrolyse de l’eau [16]

6 - PRODUITS ET DOMAINES D’APPLICATION

• 6.1 - Machines containérisées
  Figure 21 - Photographie d’une machine d’électrolyse containérisée (source : Elogen)
• 6.2 - Machines non containérisées
  Figure 22 - Organisation fonctionnelle d’une usine de 100 MW (source : Elogen)
• 6.3 - Couplage à des sources électriques transitoires

7 - LIMITATIONS ET PERSPECTIVES

• 7.1 - Teneurs en métaux précieux
  Figure 23 - Teneur en iridium par GW d’électrolyse en fonction de la densité de courant. Rôle du chargement en iridium en mg.cm−2
• 7.2 - Compacité et empreinte au sol
  Figure 24 - Caractéristiques courant-tension en fonction de l’épaisseur de la membrane polymère
• 7.3 - Température de fonctionnement
  Figure 25 - Rôle de la température de fonctionnement sur les caractéristiques courant-tension dans le domaine de température 60 à 120 °C
• 7.4 - Augmentation de la pression de service
• 7.5 - Recyclage des composants

8 - CONCLUSIONS

9 - GLOSSAIRE

10 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES