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.
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Lire l'articleAUTEUR(S)
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Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier - Membre de France Hydrogène, France
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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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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.
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MOTS-CLÉS
Cinétique de réaction | pile à combustible | thermodynamique | hydrogène | Rendement exergétique | Cogénération | biomasse | ammoniac | piles à membranes polymères | piles à oxydation directe du méthanol
VERSIONS
Il existe d'autres versions de cet article :
- Version archivée 1 de août 2000 par Philippe STEVENS, Frédéric NOVEL-CATTIN, Abdel HAMMOU, Claude LAMY, Michel CASSIR
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Principe des piles à combustible - Piles à membranes basse température
Principe général des piles à combustible
Sources bibliographiques
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