Article

1 - PRINCIPE GÉNÉRAL DES PILES À COMBUSTIBLE

2 - DESCRIPTION DE LA PILE HYDROGÈNE/OXYGÈNE

3 - CINÉTIQUE RÉACTIONNELLE

4 - RENDEMENTS ÉNERGÉTIQUES

5 - PILES À COMBUSTIBLE À MEMBRANE POLYMÈRE

6 - PILE À COMBUSTIBLE À OXYDATION DIRECTE DU MÉTHANOL

7 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

8 - ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX

Article de référence | Réf : D3340 v2

Principe des piles à combustible - Piles à membranes basse température

Auteur(s) : Claude LAMY, Michel CASSIR, Daniel HISSEL, Gilles TAILLADES

Date de publication : 10 déc. 2023

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

L’utilisation de piles à combustible permettrait de réduire fortement les émissions de gaz à effet de serre (dioxyde de carbone) et de gaz nocifs (oxydes d’azote). De plus, leurs rendements élevés en électricité (45 à 50 %) et en cogénération d'électricité, plus chaleur (90 à 95 %), permettrait de réduire considérablement l’importation de combustibles fossiles.

Cet article se propose de rappeler le principe des piles à combustible en se basant sur la thermodynamique et la cinétique des réactions électrochimiques impliquées et de discuter des rendements énergétiques selon les différents combustibles impliqués : hydrogène, gaz naturel, hydrocarbures, méthanol, biomasse, ammoniac, etc. À titre d’exemple, les piles à basse température, utilisant des membranes protoniques ou anioniques, y seront présentées, ainsi que la pile à oxydation directe du méthanol.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Fuel Cell Principle. Low Temperature Membrane Fuel Cells

The development of Fuel Cells would greatly reduce emissions of greenhouse gases (e.g. carbon dioxide) and harmful gases (e.g. nitrogen oxides). In addition, their high yields in electricity (45 to 50%) and in cogeneration of electricity + heat (90 to 95%) would make it possible to considerably reduce the import of fossil fuels.

This article aims to recall the principle of fuel cells based on the thermodynamics and kinetics of the electrochemical reactions involved and to discuss the energy yields according to the different fuels involved: hydrogen, natural gas, hydrocarbons, methanol, biomass, ammonia, etc. As examples, Low Temperature Fuel Cells using protonic or anionic membranes will be presented as well as the direct methanol oxidation fuel cell.

Auteur(s)

  • Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier - Membre de France Hydrogène, France

  • Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), France

  • Daniel HISSEL : Professeur, université de Franche-Comté, Institut universitaire de France (IUF), FEMTO-ST, CNRS - Directeur-adjoint Fédération nationale hydrogène du CNRS

  • Gilles TAILLADES : Professeur, directeur de la mention énergie, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, France

INTRODUCTION

Depuis leur invention en 1839, les perspectives d’un développement commercial des piles à combustible n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de la recherche, de choix stratégiques de grands groupes industriels, de constructeurs automobiles et en réponse à un contexte environnemental, sociétal et politique en forte évolution.

Le principe général des piles à combustible est d’abord rappelé en évaluant les grandeurs thermodynamiques et cinétiques des réactions électrochimiques impliquées (oxydation du combustible à l’anode, réduction de l’oxygène à la cathode) dans un large domaine de température (25 °C à 1 000 °C) afin d’introduire les piles fonctionnant à basse température et à haute température. Les piles basse température (piles hydrogène/oxygène à membranes et pile à oxydation directe du méthanol) sont ensuite décrites en détails.

Les Piles à membrane échangeuse de protons (PEMFC) ont maintenant atteint des niveaux de maturité technologique importants permettant, au-delà de simples démonstrations, une réelle production industrielle, ainsi que leur commercialisation dans de multiples domaines : production d’énergie électrique stationnaire (bâtiments et centrales électriques, alimentation de secours, groupes électrogènes pour l’événementiel), mobilité terrestre (vélos, véhicules légers, camions, autobus, trains), navigation fluviale et maritime, applications aérospatiales (avion, drones, lanceurs, satellites). Elles ont une bonne compacité en termes de puissance spécifique (> 3 kW · kg–1 et > 3 kW · L–1), de bonnes perspectives de réduction de coût et des durées de vie suffisantes.

Les autres piles (AFC, PAFC, MCFC, SOFC, PCFC), décrites dans les 3 articles associés, ont également un certain nombre d’avantages pour des applications similaires, tandis que les Piles à oxydation directe du méthanol (DMFC) visent essentiellement les applications portables.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

reactions kinetics   |   fuel cell   |   thermodynamic   |   hydrogen   |   exergy efficiency   |   cogeneration   |   biomass   |   ammonia   |   Polymer membrane fuel cells   |   Direct Methanol Fuel Cell

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-d3340


Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(276 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(276 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BOCKRIS (J.O’M.), SRINIVASAN (S.) -   Fuel Cells: their electrochemistry.  -  McGraw Hill Book Co., New York (1969).

  • (2) - TILAK (B.-V.), YEO (R.-S.), SRINIVASAN (S.) -   Electrochemical Energy Conversion and Storage, dans Comprehensive Treatise of Electrochemistry.  -  J. O’M. Bockris, B.E. Conway, E. Yeager et R.E. White (Eds.), vol. 3, Plenum Press, New York (1981).

  • (3) - VIELSTICH (W.), GASTEIGER (H.), LAMM (A.) -   Handbook of fuel cells: fundamentals and survey of systems.  -  Vol. 1, Wiley, Chichester (2003).

  • (4) - SØRENSEN (B.) -   Hydrogen and Fuel Cell Emerging Technologies and Applications.  -  Elsevier Academic Press, New York (2005).

  • (5) - STOLTEN (D.) -   Hydrogen and Fuel Cells, Fundamentals, Technologies and Applications.  -  Wiley-VCH, Weinheim (2010).

  • (6)...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(276 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS