Eau et Energie : PAC

Notre professeur vous propose une fiche de révision de spécialité physique chimie portant sur la thématique de l'eau et l'énergie avec les piles à combustibles (PAC) en exemple. Vous devez connaître ce cours pour votre épreuve du Bac S alors ne...

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Eau

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Notre professeur vous propose une fiche de révision de spécialité physique chimie portant sur la thématique de l'eau et l'énergie avec les piles à combustibles (PAC) en exemple. Vous devez connaître ce cours pour votre épreuve du Bac S alors ne perdez plus un instant et téléchargez gratuitement cette fiche !

 

I - Principe

Une PAC permet la fabrication d'électricité grâce à l'oxydation d'un combustible réducteur sur une électrode couplée à la réduction d'un oxydant sur l'autre électrode. Il existe plusieurs combinaisons réducteur/oxydant, mais la PAC la plus utilisée et la plus étudiée est la pile dihydrogène/dioxygène.
Schéma d'une pile à combustible dihydrogène-dioxygène.
L'anode (pôle négatif) est alimentée en continu par du dihydrogène et la cathode par du dioxygène, c'est-à-dire par de l'air le plus souvent. Ces deux demi-piles sont reliées par un électrolyte isolant qui ne permet pas le passage des électrons et qui laisse passer les protons. Dans le cas de la pile dihydrogène-dioxygène, cet électrolyte est une membrane échangeuse de protons (PEFC).
L'oxydation du dihydrogène est catalytique, c'est-à-dire qu'elle se fait en présence d'un catalyseur qui est souvent du platine. Les électrons produits par cette oxydation sont contraints de circuler dans un fil électrique externe, créant ainsi un courant. Les ions H + rejoignent la cathode par diffusion dans l'électrolyte. Cette réaction d'oxydoréduction est exothermique. Elle libère de la chaleur, qui est une énergie utilisable.
La réaction bilan d'une telle pile est la suivante : 2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Cette pile ne rejette donc que de l'eau et ne consomme que des gaz. Elle est qualifiée de pile propre.

II - Applications

Il existe différents types de PAC, classées selon la nature de l'électrolyte qui détermine la température de la pile. Le choix d'une PAC dépend de l'application envisagée.
  • Piles stationnaires : Elles servent par exemple à alimenter des infrastructures isolées en électricité.
  • Piles portables : On trouve des PEFC dans certains téléphones portables.
  • Piles embarquées : Elles pourraient remplacer le moteur à combustion des automobiles.

III - Production de dihydrogène

Le principal inconvénient des PAC est l'utilisation du dihydrogène qui n'existe pas à l'état naturel. Il présente cependant beaucoup d'avantages par rapport aux énergies fossiles. Il est en effet non polluant et facilement stockable.
Il existe 3 principaux modes de fabrication du dihydrogène :
  • Electrolyse de l'eau
    • Très coûteux, pas d'émission de gaz à effet de serre.
    • Transformation chimique forcée de l'eau en dihydrogène et dihydrogène par un générateur électrique externe.
  • Reformage des hydrocarbures
    • Peu coûteux, polluant avec des rejets importants de CO 2
    • Rupture à haute température des hydrocarbures.
  • Gazéification à partir de la biomasse ou du charbon
    • Bilan écologique nul mais faible rendement
    • A basse température (900°C) les végétaux sont séchés, fragmentés puis entrainés à la vapeur d'eau. Une partie du gaz, soit le gaz de synthèse, est récupéré. Il contient du H 2, du CO et du méthane. Il faut donc encore extraire le H 2.
Fin de l'extrait

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Les avis sur ce document

Marionviala
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20/20

Il me semble que vous vous êtes trompés, le dihydrogène H2 est au niveau de la cathode et l'oxygène O2 au niveau de l'anode.

par - le 18/01/2017

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