{"id":1438,"date":"2008-12-22T18:08:15","date_gmt":"2008-12-22T18:08:15","guid":{"rendered":"http:\/\/blogs.thesocialmedia.com\/leblogenergie\/2008\/12\/22\/comprendre-de-f\/"},"modified":"2012-07-12T11:13:44","modified_gmt":"2012-07-12T11:13:44","slug":"comprendre-de-f","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.thesocialmedia.com\/leblogenergie\/2008\/12\/22\/comprendre-de-f\/","title":{"rendered":"Comprendre de fa\u00e7on simple le rendement d’une pile \u00e0 combustible, m\u00eame si ce n’est pas sur Wikipedia!"},"content":{"rendered":"

                      La litt\u00e9rature sur les piles \u00e0 combustibles, science d’un grand \u00e2ge, jalonn\u00e9e de Professeurs Nimbus plus ou moins honn\u00eates et depuis disparus, est truff\u00e9e d’approximations, sinon de pieux mensonges par omissions. Quelle que soit la fa\u00e7on dont vous synth\u00e9tiserez 18g d’eau \u00e0 partir de 16g d’oxyg\u00e8ne et 2 gramme d’hydrog\u00e8ne vous obtiendrez toujours la m\u00eame quantit\u00e9 d’\u00e9nergie qui est donn\u00e9e par l’enthalpie de la r\u00e9action. Par combustion vous n’obtiendrez que de la chaleur et \u00e0 l’aide d’une pile \u00e0 combustible de type PEM (membrane \u00e9changeuse de protons) par exemple, vous obtiendrez un mix d’\u00e9nergie \u00e9lectrique et d’\u00e9nergie thermique, la somme des deux \u00e9tant constante et \u00e9gale \u00e0 l’enthalpie de la r\u00e9action. \"Pilecombustiblerendement\"<\/a> <\/a> <\/a><\/p>\n

                     Le passage de la thermodynamique \u00e0 l’\u00e9lectrochimie et ses tensions se fait par la Loi de Nernst qui d\u00e9finit le potentiel d’\u00e9quilibre d’une r\u00e9action<\/u> comme le rapport entre l’Energie libre de la r\u00e9action et le produit du nombre d’\u00e9lectrons mis en jeu par le Faraday (Eeq=DeltaG\/zF). Par analogie et pour repr\u00e9senter graphiquement les ph\u00e9nom\u00e8nes thermiques il est int\u00e9ressant de d\u00e9finir le potentiel de chaleur nulle<\/u> qui est \u00e9gal \u00e0 (DeltaH\/2F) o\u00f9 Delta H est l’enthalpie de la r\u00e9action d’\u00e9lectrolyse de l’eau, 2 le nombre d’\u00e9lectrons mis en jeu par mol\u00e9cule d’eau et F le Faraday (TAB.). Ce potentiel repr\u00e9sente la tension d’\u00e9lectrolyse de l’eau \u00e0 partir de laquelle la r\u00e9action \u00e9lectrochimique va \u00eatre exothermique. Dans le cas de l’\u00e9lectrolyse de l’eau cette tension va \u00eatre au dessus de la tension d’\u00e9quilibre, la r\u00e9action d’\u00e9lectrolyse \u00e9tant endothermique.\"Pilecombustiblepotentiels\"<\/a> <\/p>\n

             La r\u00e9action inverse de synth\u00e8se de l’eau dans la pile \u00e0 combustible va ob\u00e9ir aux m\u00eames lois, au signe pr\u00e8s. Le rendement \u00e9lectrique de la pile sera alors simplement d\u00e9fini comme le rapport entre la tension de la pile pour un courant donn\u00e9 et le potentiel de chaleur nulle repr\u00e9sentant le DeltaH de la r\u00e9action de formation de l’eau par simple combustion. On voit (FIG.) que pour une tension de 0,74V, \u00e0 faible courant, le rendement est de 50% et que pour une tension de 0,5V, habituelle \u00e0 courant fort, le rendement est voisin de 33%.<\/p>\n

                 Le rendement ne peut pas exc\u00e9der 83%, rapport entre le potentiel d’\u00e9quilibre et le potentiel de chaleur nulle. Les 17% perdus \u00e0 298\u00b0K sont dus \u00e0 la variation d’entropie de la r\u00e9action. Une \u00e9l\u00e9vation de temp\u00e9rature de la pile va faire cro\u00eetre ce param\u00e8tre entropique mais elle va faire aussi d\u00e9cro\u00eetre les r\u00e9sistances internes ioniques du syst\u00e8me qui va am\u00e9liorer le rendement \u00e9lectrique en particulier \u00e0 fort courant. La plage courante de bon fonctionnement des piles \u00e0 combustibles se situe entre 60 et 80\u00b0C.<\/p>\n

                    Un tel sch\u00e9ma explique pourquoi il est int\u00e9ressant et m\u00eame indispensable de mettre une batterie en tampon avec la pile pour assurer les pointes de courant (acc\u00e9l\u00e9ration du v\u00e9hicule) pour \u00e9viter les rendements trop faibles. Elle assure par ailleurs la r\u00e9cup\u00e9ration d’\u00e9nergie au freinage.<\/p>\n

                    Remarque: nous ne parlons ici que de purs rendements \u00e9lectrochimiques en dehors des indispensables circulations de liquides et de gaz et des r\u00e9gulations de temp\u00e9ratures qui vont consommer de l’\u00e9nergie.(LIRE<\/a> pour une approche de bilan global)<\/p>\n

                     Remarque: dans le cas d’un accumulateur Ni-Cd la r\u00e9action de charge \u00e9tant endothermique le potentiel de chaleur nulle est \u00e9galement au dessus du potentiel d’\u00e9quilibre. On peut refroidir ce type d’accumulateur en le chargeant \u00e0 faible courant. Dans le cas d’un accumulateur Ni-MH c’est l’inverse la charge est exothermique, l’accumulateur chauffe d\u00e8s qu’on le met en charge.  Dans le cas des accumulateurs Li-Ion les ph\u00e9nom\u00e8nes thermiques sont beaucoup plus complexes et varient souvent en fonction de l’\u00e9tat de charge de l’accumulateur.<\/p>\n

                 Une PAC utilis\u00e9e en application stationnaire est une complexe usine \u00e0 gaz qui partant de gaz naturel produit par reforming de l’hydrog\u00e8ne en \u00e9mettant du CO2 (LIRE<\/a>). Son fonctionnement global produisant beaucoup plus de chaleur que d’\u00e9lectricit\u00e9 c’est la quantit\u00e9 de chaleur consomm\u00e9e par le foyer qui d\u00e9termine la taille de la PAC et non pas la consommation \u00e9lectrique. En application embarqu\u00e9e l’hydrog\u00e8ne, venant du reforming industriel de gaz, est comprim\u00e9 dans une ou plusieurs bouteilles en mat\u00e9riau composite et la chaleur g\u00e9n\u00e9r\u00e9e par la pile est perdue. Seule la partie \u00e9lectrique est utilisable, hormis la fonction chauffage de la cabine du v\u00e9hicule.<\/p>\n

                 Tout cela n’annonce pas une future et imminente r\u00e9volution dans les transports, les solutions PAC se heurtant \u00e0 la solution 100% \u00e9lectrique sur batterie, \u00e0 la mise en place d’un r\u00e9seau de distribution d’hydrog\u00e8ne, \u00e0 l’obtention d’hydrog\u00e8ne \u00e0 bon compte sans \u00e9missions de CO2, aux prix d\u00e9lirants d’une unit\u00e9 en ordre de marche. Des d\u00e9tails!<\/p>\n

Le 22 D\u00e9cembre 2008.<\/p>\n

–<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

                      La litt\u00e9rature sur les piles \u00e0 combustibles, science d’un grand \u00e2ge, jalonn\u00e9e de Professeurs Nimbus plus ou moins honn\u00eates et depuis disparus, est truff\u00e9e d’approximations, sinon de pieux mensonges par omissions. 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