Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les filières alcalines et à moyenne ou haute température (AFC, PAFC, MCFC, PCFC et SOFC) font l’objet du présent article. Bien que l’approche générale soit la même, chacun des systèmes met en jeu des aspects physicochimiques de transport et configurationnels très distincts.
La pression, la température et, par conséquent, le choix des matériaux constituent un enjeu particulier. Outre les systèmes basse (AFC) et moyenne température (PAFC), ceux à haute température sont aussi très variés, des électrolytes à sels fondus (MCFC) aux systèmes tous solides, à conduction protonique (PCFC) ou anionique (SOFC).
Dans un monde où énergie et ressources ont un caractère géostratégique très sensible, les piles à combustible offrent une grande gamme de solutions équilibrées et de perspectives dans le sens de la durabilité.
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This paper is dedicated to alkaline and moderate or high-temperature fuel cells (AFC, PAFC, MCFC, PCFC and SOFC). Although the general approach is the same, each of the systems involves very different physical/chemical, mass transfer and configurational features.
Pressure, temperature and, consequently, the choice of materials are a particular issue. In addition to the low-temperature (AFC) and moderate-temperature (PAFC) systems, high-temperature systems are also highly varied, ranging from molten-salt electrolytes (MCFC) to all-solid, protonic (PCFC) or anionic (SOFC) conduction systems.
In a world where energy and resources are highly sensible et geostrategic level, fuel cells offer a wide range of balanced solutions and prospects for sustainability.
Auteur(s)
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Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), France
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Daniel HISSEL : Professeur, université de Franche-Comté, Institut universitaire de France (IUF), FEMTO-ST, CNRS, - Directeur-adjoint Fédération nationale hydrogène du CNRS
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Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, - Membre de France Hydrogène, France
-
Gilles TAILLADES : Professeur, directeur de la mention énergie, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, France
INTRODUCTION
Depuis leur invention il y a un peu moins de deux cents ans, les perspectives d’un développement industriel et commercial et public des piles à combustible n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de la recherche, de choix stratégiques tant de nombreux pays que de grands groupes industriels, de constructeurs automobiles et en réponse à un contexte environnemental, sociétal et politique en forte évolution.
Les filières de piles à combustible sont très variées et mettent en œuvre des matériaux, des conditions expérimentales (température, pression, atmosphères gazeuses) et des systèmes très variés. Elles ont des spécificités scientifiques et technologiques qui sont autant de perspectives d’application dans des domaines très larges.
Cet article, en complément aux trois articles auxquels il est associé, doit permettre de donner au technicien et à l’ingénieur les bases nécessaires sur divers dispositifs de piles à combustible (matériaux, fonctionnements, verrous industriels, applications de base et perspectives), des piles alcalines (AFC) à l’ensemble des piles à haute température (PAFC, MCFC, PCFC, SOFC).
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
fuel cell | alkaline fuell cell | Proton Ceramic Fuel Cell | Solid Oxide Fuel Cel
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Piles à oxyde solide (SOFC)5. Piles céramiques protoniques (PCFC)
5.1 Généralités
Le fonctionnement des piles à combustible à haute température (800-1 000 °C) conduit à des phénomènes de vieillissement par corrosion, interdiffusion, réaction entre les composants, et nécessite des systèmes complexes et coûteux. Afin de limiter ces problématiques, la tendance vise à diminuer la température de fonctionnement des SOFC (LT-SOFC). Cette diminution de la température de fonctionnement des SOFC réduit le coût du système, élargit le choix de matériaux pour les interconnecteurs et les joints, mais entraîne une importante baisse des performances. Dans ce contexte, les Protonic Ceramic Fuel Cells (PCFC), qui fonctionnent dans la gamme de températures 400-600 °C, constituent une alternative prometteuse. Ces dispositifs, basés sur un électrolyte céramique, fonctionnent selon les mêmes réactions électrochimiques aux électrodes que les PEMFC :
Ainsi, l’hydrogène fourni à l’anode est électro-oxydé catalytiquement en protons, tandis que les protons transportés dans l’électrolyte réagissent avec l’oxygène pour produire de l’eau à la cathode. Contrairement à une SOFC où l’eau est générée à l’anode, la production d’eau à la cathode de la PCFC améliore l’utilisation du combustible en supprimant la dilution du combustible et conduit à des rendements électriques plus élevés.
Actuellement au stade de la recherche et du développement, l’émergence de cette technologie nécessite la levée d’un certain nombre de verrous dont l’activité catalytique de l’électrode à oxygène et la stabilité chimique des composants.
HAUT DE PAGE5.2 Matériaux
Les électrolytes céramiques à conduction...
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Piles céramiques protoniques (PCFC)
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ADAMS (A.-M.), BACON (F.-T.), WATSON (R.-G.-H.) - Fuel Cells. - W. MITCHELL Jr. (Ed.), Academic Press, New York, pp. 129-192 (1964).
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(2) - WINSEL (A.) - The Eloflux Fuel Cell System. - Dechema Monogr., 92, p. 1983 (1985).
-
(3) - - http://www.fujielectric.com/products/fuelcell/spec.html
-
(4) - - http://www.fujielectric.com/products/fuelcell/
-
(5) - - http://www.doosanfuelcell.com/en/
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(6) - LIEBHFSKY (H.A.), CAIRNS (E.J.) - Fuel Cells and Fuel Batteries – A guide to their research and development - (Piles à Combustible et Batteries à Combustible – Un guide pour leur étude et développement), John Wiley & Sons, Inc., New York. pp. 692 (1968).
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