Fuel Cells Technology: which may be the winners?

Florence Lefebvre-Joud,
Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), Grenoble avec les contributions de
Laurent Antoni, Nicolas Bardi, Olivier Lemaire, François Le Naour et Julie Mougin
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Sommaire
• La technologie des piles à combustible
– Principe de fonctionnement
– Les différentes technologies
– Leur rôle possible dans le paysage énergétique d’aujourd’hui

• Brève revue de l’état de l’art international
– Les programmes de déploiements pour le transport, la cogénération domestique et les marchés précoces
– La position française

• Conclusions et perspectives :
– Quelle technologie pour quelle application ?
– Ce qui conditionne l’entrée des piles à combustible sur le marché

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Principe de fonctionnement d'une pile à combustible ΔH : enthalpie énergie totale

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Liquide

Energie (kWh / Nm3 of H2)

• Une pile à combustible transforme directement et de façon continue de l’énergie chimique en énergie électrique
• Choix d’une réaction très exothermique : H2 + ½ O2 → H2O

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ΔH = ΔG + TΔS ~ -250 kJ/mol

ΔG : enthalpie libre

 ΔG constitue la part d'énergie chimique que l'on pourra convertir en énergie électrique dans la PàC

Gaz

1
Qrev=TΔS
0

0

200

400
600
800
Température (°C)

1000

Source: Chase NIST-JANAF Thermochemical Tables (1998) Monograph 9, 1325

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Principe de fonctionnement d'une pile à combustible • La réaction chimique globale est décomposée en deux réactions d’électrodes faisant intervenir un ion commun qui migre dans l’électrolyte, et produit un courant électrique
Electrolyte
hydrogène

Anode conducteur électronique

Oxydation :
H2 2 H+ + 2 eH2 +

 H2O + 2

cation H+

Cathode conducteur électronique

e-

oxygène

Réduction :

ou

ou

O2-

Conducteur
Ionique

½ O2 + 2 H+ + 2 e-  H2O

anion O2-

½ O2 + 2 e-  O2-

ou

e-

• La tension aux bornes de la