Piles à combustible
Génie énergétique - Principes, modélisation, applications avec exercices et problèmes corrigés.

Sommaire et contenu du livre "Piles à combustible - Génie énergétique - Principes, modélisation, applications avec exercices et problèmes corrigés."

Table des matières

Préface Hi
Avant-Propos v

Liste des symboles vii

A Généralités 1

1
Principes et généralités 3

1 De la combustion thermique à la pile à combustible. 3

2
Aperçu historique . . . . . 6

3 Principe de fonctionnement . . 7

II Types de piles à combustible 9

1 Pile à combustible à membrane échangeuse de proton, PEFC 9

1.1
Type d'électrolyte . 9

1.2
Température de fonctionnement . . . . . . . . . 10

1.3
Applications principales et gamme de puissance. 10

1.4
Avantages et inconvénients 10

2 Pile à combustible alcaline, AFC . . . 10

2.1
Type d'électrolyte . 10

2.2
Température de fonctionnement 11

2.3
Applications principales et gamme de puissance. 11

2.4
Avantages et inconvénients . 12

3 Pile à combustible à acide phosphorique, PAFC . 12

3.1
Type d'électrolyte . 12

3.2
Température de fonctionnement . . . . . . 12

3.3
Applications principales et gamme de puissance. 13

3.4
Avantages et inconvénients . . . . . . . . 13

4 Pile à combustible à carbonates fondus, MCFC 14

4.1
Type d'électrolyte . 14

4.2
Température de fonctionnement . . . . . 14

4.3
Applications principales et gamme de puissance. 15

4.4
Avantagesetinconvénients . . . . . . . . . . . . 15

5 Pile à combustible à oxyde solide, SOFC . 16

5.1
Type d'électrolyte . 16

5.2
Température de fonctionnement . . 17

5.3
Applications principales et gamme de puissance. 17

5.4
Avantagesetinconvénients . . . . . . . . . . . . 17

6 Autres piles à combustible . 18

6.1
Pile à alimentation directe en méthanol, DMFC 18

6.2
Pile à combustible réversible, RFC . 18

6.3
Pile à combustible Zinc-air, ZAFC 19

III Cœur d'une pile PEFC 21

1 Système pile à combustible 21

1.1
Alimentation en hydrogène 21

1.2
Alimentation en air . . . . 24

1.3
Circuit de refroidissement . 24

1.4
Circuit d'humidification. 24

1.5
Convertisseur statique . . . 25

1.6
Système de contrôle . . . . 25

2 Cœur de pile et cellule élémentaire 25

2.1
Plaques bipolaires . 26

2.2
Ensemble électrode membrane électrode 27

B Modélisation de la pile PEFC 31

IV Caractéristique statique 35

1
Tensionàvide ...................... 35

1.1
Travail maximal fourni par une pile . . . . . . . 35

1.2
Effet de la température et de la pression sur tJ.G 36

1.3
ÉquationdeNernst ............... 38

2 Tensiondefonctionnement . . . . . . . . . . . . . . 40

2.1
Sources de dissipation irréversible de l'énergie. 40

2.2
Évaluation des dissipations d'activation . 41

2.3
Évaluation des dissipations ohmiques . 43

2.4
Évaluation des dissipations par concentration 44

2.5
Somme des irréversibilités. . . . . . . . 45

3 Influence de la température et de la pression 48

3.1
Influence de la température. 49

3.2
Influence de la pression 49

V Rendements énergétiques 53

1 Rendement théorique (maximum) 53

2 Rendement tension. . 54

3 Rendement faradique 55

4 Rendement total pile 55

5
Rendement matière .............. 57

6
Rendement système .............. 57

7 Rendement global du groupe électrogène PàC 59

VI Consommation et débit des gaz 61

1 Débit de dioxygène et d'air ... 61

2 Débit d'air sec en sortie de la pile 63

3 Débit de dihydrogène 63

4 Production d'eau ... 64

5 Production de chaleur 64

C Application des piles à combustible 65

VII Applications embarquées 67

1 Domaine terrestre 67

1.1
Automobiles 67

1.2
Bus ..... 69

1.3
Deux-roues . 69

2 Domaine maritime 70

3 Domaine aérospatial 70

VIII Applications portables 71

1 Un secteur en pleine croissance 71

2 Technologies utilisées .... 71

3 Exemples d'applications ... 72

3.1
Générateurs portables . 72

3.2
Ordinateurs portables 72

3.3
Téléphones portables 73

3.4
Autres applications 73

IX Applications stationnaires 75

1 Filière AFC. . 75

2 Filière MCFC 75

3 Filière PAFC 76

4 Filière PEFC 76

5 Filière SOFC 77

D Problèmes corrigés 79

1
Consommation d'hydrogène d'une PàC 81

2
Compression de l'air et stockage de H 2 87

3
Pression optimale du compresseur 97

4
Hydrogène: de la production à la consommation 103

5
Identification des paramètres d'une PàC 113

6
Véhicule à PàC 123

7
Ascenseur et récupération d'énergie 143

Bibliographie 177