LES PILES A COMBUSTIBLE Antonio Delfino Conception et Développement MICHELIN MICHELIN 1762...

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  • LES PILES A COMBUSTIBLE Antonio Delfino Conception et Dveloppement MICHELIN MICHELIN 1762 Givisiez
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  • 1)Parallle entre pile combustible et machine thermique 2)Les diffrents types de piles combustible (PAC) 3)Applications des PAC 4)Principe de la PAC 5)La cellule de base dune PAC 6)Ractions chimiques dans une PAC 7)Construction dune PAC 8)Performances 9)Objectifs de progrs Sommaire
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  • Pile Combustible: Convertisseur dnergie Pile Combustible Carburant (Energie Chimique) Chaleur Energie Electrique Moteur Electrique Moteur Thermique Energie Mcanique CARNOT
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  • Machines Thermiques CARNOT Rendement Maximum 1 21 T TT Piles Combustible GIBBS Rendement Maximum max TENSION travail 1 Kg/kw 3 Kg/kw 0.15 2 Kg/Kw 0.3 3 Kg/Kw
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  • Exemple de Rendement Maximum dune Machine de CARNOT Turbine vapeur Source chaude: Temprature de travail T 1 = 675 o K Source froide: Temprature des gaz condenss T 2 = 325 o K %52.0 675 325675 Exemple de Rendement Maximum dune Pile Combustible 80 o C Tension de travail V 1 = 1.18 V Tension maximum V 2 = 1.47 V %80.0 47.1 18.1
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  • Applications mobiles 100 200 600900[C] PEMFC AFC PAFC MCFC Molten Carbonate Fuel Cell SOFC Solid Oxide Fuel Cell Phosphoric Acid Fuel Cell Temprature de fonctionnement Alkaline Fuel Cell Proton Exchange Membrane Fuel Cell Applications stationnaires Les Diffrents Types de Piles Combustible NASA
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  • Puissance 5 W 50 W 1 kW 30-80 kW 1 MW Auxiliaires Ordinateurs portables Gnrateurs portables Outillage sans fil Automobile Bus Centrale Electrique 200 kW APPLICATIONS
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  • Electrolyse H 2 + 1/2 O 2 H 2 O Pile Combustible (Electrolyse inverse) Principe de la Pile Combustible H 2 O H 2 + 1/2 O 2
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  • H + H2OH2O O2O2 H2H2 Moteur Electrique e-e- La Cellule de Base dune Pile Combustible H 2 -> 2H + +2e - Anode 1/2 O 2 + 2H + +2e - -> H 2 O Cathode H 2 + 1/2 O 2 H 2 O Raction globale : Tension pratique: 0.6 1 Volt e- Couche de Diffusion Membrane changeuse dions Couche de Diffusion
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  • AdsorptionDissociation H2H2 Electronique Dsorption Pt e-e- e-e- e-e- e-e- H+H+ H+H+ H 2 2 e - + 2H + Raction Catalytique lAnode Pt Pt=Platine
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  • H2H2 Membrane Echangeuse dions H + Particules de Graphite Particules de PLATINE (nm) Pores pour lentre de l H 2 H+H+ H+H+ e-e- e-e- Pile Combustible : 3-Phases (50 m) Platine
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  • O 2 + 4 e - + 4H + 2 H 2 O Raction Catalytique la Cathode O2O2 Pt Pt=Platine Pt H3O+H3O+ H3O+H3O+ OHOH e-e- e-e- H2OH2O H2OH2O H2OH2O H2OH2O e-e- e-e- H3O+H3O+ H3O+H3O+
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  • Pile Combustible : 3-Phases O2O2 e-e- e-e- H2H2 H+H+ H+H+ e-e- e-e- H2OH2O e-e- CATHODE ANODE
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  • Structure de la Membrane Echangeuse dIons Colonne vertbrale hydrophobe qui permet lintgrit mcanique Le proton est conduit via des canaux hydrophiles [(CF 2 CF 2 ) n (CF 2 CF)] x SO 3 HCF 2 CF 2 O O CF 3 CFCF 2 Compositions de deux Nanophases: Acide Sulfonique : Proton 1 nm
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  • Deux CellulesAssemblage Bipolaire + => Membrane Cathode Anode Plaque Bipolaire Construction dune Pile Combustible Plaque Bipolaire ----++++
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  • LA REALITE Plaque Bipolaire Plaque Bipolaire Joint dtanchit Membrane Diffuseurs + Electrodes
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  • Dimensionnement dune PAC de 20 Kw Hypothse: Assemblage des cellules en srie - Chaque cellule fournit entre 0 et 1.1 Volts - La tension est dpendante du nombre total de cellules - Le courant est dpendant de la surface totale dune cellule - Pour un rendement de 60%: - Choix 200 cm 2 de surface active par cellule I=260A - Avec 122 cellules on a U=122*0.63V = 77 Volts - La puissance P=U*I = 77V * 260A = 20 Kw la tension de travail est 0.63V/cellule la densit de courant est de 1300 mA/cm 2
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  • Caractristique Tension - Courant
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  • Dure de Vie dune PAC Objectif 2011 5000 h
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  • Objectif 2011 30 $/Kw Cot dune PAC
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  • Pour conclure, retenons: La PAC convertit directement de lnergie chimique en nergie lectrique La PAC nmet que de leau i.e. une pollution zro La PAC fonctionne silencieusement La PAC a un rapport poids puissance important (1 Kg/Kw) La PAC travaille haut rendement (entre 80% et 60%) La PAC est constitue de trs peu dlments diffrents La PAC a peu de constituants mobiles Lobjectif: atteindre 5000 h et 30 $/Kw en 2011
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