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Thierry ALLEAU
LE RENDEMENT
Le rendement théorique d’une pile (c’est-à-dire dans des conditions réversibles, à
l’équilibre) s’exprime par la relation suivante :
η t = 1 – TΔS/ΔH
où TΔS représente la chaleur isotherme réversible échangée avec le milieu extérieur,
et où ΔH représente l’enthalpie de réaction.
Ce rendement théorique est très élevé puisqu’il atteint 87% à 85°C. Dans le cas
d’une pile qui débite du courant (c’est-à-dire hors des conditions réversibles), ce
rendement est évidemment inférieur et diminue d’autant plus que le courant augmente. La figure 24.2 montre comment évolue ce rendement pratique (courbe η),
le point nominal étant généralement choisi autour de 55%.
24.3.DE LA CELLULE AU MODULE
L’ensemble formé par les deux électrodes encadrant l’électrolyte s’appelle une cellule EME (Electrode-Membrane-Electrode). Une cellule est un générateur fort courant (typiquement de l’ordre de 0,5 à 1 A/cm
2
), sous faible tension (typiquement de
l’ordre de 0,6 à 0,7 V). Pour réaliser un module de puissance, on assemble un certain nombre de cellules en série électrique (le nombre va fixer la tension choisie et
la surface unitaire va fixer le courant choisi, la puissance étant le produit des deux)
dans un montage appelé « filtre-presse ». Chaque cellule est séparée de ses voisines par une plaque séparatrice (appelée plaque bipolaire) qui assure les continuités électrique et thermique, et la distribution des gaz sur les électrodes.
Cet ensemble de cellules est maintenu en position
par serrage entre deux plaques d’extrémité (figure
ci-contre).
24.3 - Module de pile à combustible de type PEM,
de 1 kW (module CEA)
En termes de volume et masse, les modules aujourd’hui les plus performants (UTC
Fuel Cells, Ballard et quelques autres) atteignent plus de 2 kW/L et presque 2 kW/kg.
24.4. LES DIFFÉRENTS TYPES DE PILES À COMBUSTIBLE
Cette combustion électrochimique peut intervenir dans une large gamme de températures, de 60°C à 1000°C. Selon le niveau de température, la nature de l’électrolyte et des électrodes, les réactions chimiques intermédiaires mises en jeu varient,
mais le principe général est inchangé.
Thierry ALLEAU
LE RENDEMENT
Le rendement théorique d’une pile (c’est-à-dire dans des conditions réversibles, à
l’équilibre) s’exprime par la relation suivante :
η t = 1 – TΔS/ΔH
où TΔS représente la chaleur isotherme réversible échangée avec le milieu extérieur,
et où ΔH représente l’enthalpie de réaction.
Ce rendement théorique est très élevé puisqu’il atteint 87% à 85°C. Dans le cas
d’une pile qui débite du courant (c’est-à-dire hors des conditions réversibles), ce
rendement est évidemment inférieur et diminue d’autant plus que le courant augmente. La figure 24.2 montre comment évolue ce rendement pratique (courbe η),
le point nominal étant généralement choisi autour de 55%.
24.3.DE LA CELLULE AU MODULE
L’ensemble formé par les deux électrodes encadrant l’électrolyte s’appelle une cellule EME (Electrode-Membrane-Electrode). Une cellule est un générateur fort courant (typiquement de l’ordre de 0,5 à 1 A/cm
2
), sous faible tension (typiquement de
l’ordre de 0,6 à 0,7 V). Pour réaliser un module de puissance, on assemble un certain nombre de cellules en série électrique (le nombre va fixer la tension choisie et
la surface unitaire va fixer le courant choisi, la puissance étant le produit des deux)
dans un montage appelé « filtre-presse ». Chaque cellule est séparée de ses voisines par une plaque séparatrice (appelée plaque bipolaire) qui assure les continuités électrique et thermique, et la distribution des gaz sur les électrodes.
Cet ensemble de cellules est maintenu en position
par serrage entre deux plaques d’extrémité (figure
ci-contre).
24.3 - Module de pile à combustible de type PEM,
de 1 kW (module CEA)
En termes de volume et masse, les modules aujourd’hui les plus performants (UTC
Fuel Cells, Ballard et quelques autres) atteignent plus de 2 kW/L et presque 2 kW/kg.
24.4. LES DIFFÉRENTS TYPES DE PILES À COMBUSTIBLE
Cette combustion électrochimique peut intervenir dans une large gamme de températures, de 60°C à 1000°C. Selon le niveau de température, la nature de l’électrolyte et des électrodes, les réactions chimiques intermédiaires mises en jeu varient,
mais le principe général est inchangé.