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Etude d'un système énergétique à  pile combustible destiné à  une application résidentielle

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par Salem et Amel MEDDAH et MENASRIA
Université de Bechar Algérie - Ingénieur d'état 2006
  

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1.5. Caractéristique électrique :

La caractéristique électrique d'une pile à combustible est déterminée par le nombre de cellules en série, définissant la tension totale et par la taille de la surface active, déterminant le courant délivré. Les caractéristiques électriques d'une cellule de pile à combustible basse température sont décrites à la Figure (1.6). La tension à vide dite (tension de Nernst) est d'environ 1,23 V. Lorsque la densité de courant augmente, les pertes sont plus importantes (pertes d'activation et ohmique) : la tension diminue. Pour de fortes densités de courant, la tension chute rapidement (pertes de concentration).

1.5.1. Tension de Nernst :

C'est le potentiel d'équilibre thermodynamique définit en utilisant

l'équation de Nernst.

ÄG ÄS R T

.1

ENernst ref H 2 O 2

= + ( )

T T

- + +

[ln( )

P P

ln( )] (1.5)

2 . 2 .

F F 2 . F 2

?G : est le changement d'énergie libre (J/mol).

F : est la constante de faraday (96,487 C/Kmol).

?S : est le changement d'entropie (J/mol).

R : est la constante universel du gaz (8,3 14 J/K.mol).

PH2, PO2 : sont respectivement les pressions partielles d'hydrogène et d'oxygène (atm).

T : indique la température de fonctionnement de la pile (K).

Tref : est la température de référence (K). [1, 2].

Figure (1.6) : Caractéristiques courant - tension d'une pile à combustible [1,2]

En accord avec l'équation de Nernst pour la réaction de l'hydrogène, le potentiel idéal d'une pile à une température donnée peut être augmenté en augmentant la pression des réactifs. Et on observe en effet des améliorations dans les performances des piles à haute pression.

Les pertes, appelées souvent polarisation, proviennent principalement de trois sources: la polarisation d'activation, la polarisation ohmique, et la polarisation de concentration. Ces pertes entraînent, pour une pile de potentiel idéal ENernst, une chute de la tension : V = Enernst - pertes.

1.5.2. Polarisation d'activation :

La polarisation d'activation est présentée quand le taux d'une réaction électrochimique à la surface de l'électrode est contrôlé par le ralentissement de la cinétique pour cette électrode. En d'autres termes, la polarisation d'activation est directement reliée au taux de la réaction électrochimique. Dans les deux cas, pour qu'une réaction chimique ou électrochimique puisse démarrer, les réactifs doivent dépasser une barrière d'activation. Dans le cas d'une réaction électrochimique les

pertes d'activation (çact) sont supérieures à 50-100 mV. [1, 2]

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