Total : /20 TP N° 6 – Pile à combustible

Université de TOULON et du VAR Noms Prénoms :
Institut Universitaire de Technologie
Licence professionnelle Techniques de conversion des énergies renouvelables
Maitriser et Intégrer les Energies Date :
Garnero 1 MIE-TCER-TP-6.doc
Prépa : /4
TP : /10
Rapp : : /6
Total
:
/20
TP N° 6 – Pile à combustible
PREPARATION :
Ce TP comprend deux parties successives. On s’intéresse d’abord à la production d’hydrogène grâce à un
électrolyseur qui transforme l’électricité en gaz que l’on peut stocker. Ensuite à la pile proprement dite qui
réalise la transformation inverse.
L’alimentation électrique de l’électrolyseur peut se faire soit à l’aide d’un panneau photovoltaïque éclairé
par un système de lampes à incandescence, soit par une alimentation continue de laboratoire. La charge de
la pile est réalisée par une résistance réglable au moyen d’un commutateur.
Dans toute la manipulation on veillera à ne pas trop faire chauffer le panneau (en approchant trop les
lampes) et à ne pas trop stocker d’hydrogène (niveau ≤ 60 ml). Durant les relevés, les tubes inférieurs de la
pile seront fermés avec les clips, entre 2 essais, ils seront ouverts.
Lors d’une électrolyse de l’eau, la quantité d’hydrogène dégagée répond à la première loi de Faraday
Rappeler cette loi ;
Calculer la quantité d’électricité Q, transportée par un courant I = 0,8 A circulant pendant une durée de
∆t =3 minutes.
Q = 144 C
Pile
O
2
H
2
0
ml
O
2
m
Lam
H
2
0
0
60
60
ml
Pile à combustible
v
O
2
H
2
H
2
O
2
Panneau
photovoltaïque
Lampes
Electrolyseur
Chauffage - Eclairage –
Motorisation
230V ~
50 Hz

TP n°6 Pile à combustible
Garnero 2 MIE-TCER-TP-6.doc
Dans les conditions normales de température et de pression (20°C 1013hPa) une mole de gaz occupe un
volume de 24 litres (V
m
= 24 l.mol
-1
).
Pour dégager 1 mole de gaz, il faut fournir une charge Q
m
= z.F
Où F la constante de Faraday, F =.96 484 C.mol
-1
et z est le nombre d’électrons nécessaire à produire une
molécule de gaz. Pour l’hydrogène, 2H
+
+ 2e  H
2
donc z = 2 donc Q
m
= 192 968 C.
Calculer le volume d’hydrogène dégagé par la quantité Q (0,8 A, 3 mn)
V = 17,9 ml
TSVP
Comment détermine-t-on la force électromotrice et la
résistance interne d’une source à partir de sa caractéristique
externe ?
Expliquer pourquoi le rendement énergétique d’un électrolyseur se calcule par
consomméeélectriqueEnergie hydrogèneldanscontenueEnergie
E'
= η alors que pour une pile à combustible c’est
hydrogèneldanscontenueEnergie produiteélectriqueEnergie
E'
= η
I (
A)
v (V)
V
1
V
2
I
2
0

TP n°6 Pile à combustible
Garnero 3 MIE-TCER-TP-6.doc
EXPERIMENTATION :
1
ère
partie : Electolyseur
Réglages préliminaires : Attention, la tension appliquée ne doit jamais dépasser 2 V
Vérifier la polarité et ajuster le niveau d’eau sur O ml. Fermer le tube d’évacuation de l’hydrogène avec le
clip.
Caractéristique interne :
Relever et tracer la caractéristique interne i = f(v) de l’électrolyseur. La variation de courant est obtenue
en réglant la tension de l’alimentation. (le limiteur de courant sera réglé à 1 A)
Commenter le résultat obtenu.
V (V)
I (A)
Lois de FARADAY :
Ajuster le niveau à O ml et fermer le clip. Régler l’alimentation pour avoir I = 0,8 A ;
Relever le volume d’hydrogène produit en fonction du temps. De 1 mn à 7 mn toutes les 30 s
Temps (s)
30 60 90 120 150 180 210
Volume H
2
(ml)
v
i
A
v
I = cte = 0,8 A
Electrolyseur
ml
0
60
O
2
ml
0
60
H
2
Lampe
Aimentation
A
V

TP n°6 Pile à combustible
Garnero 4 MIE-TCER-TP-6.doc
Relever le volume d’hydrogène produit en fonction du courant. Pour des durées de production de 3 mn et un
courant allant de 0,2 à 0,8 A par pas de 0,2 A, mesurer le volume produit
courant (A)
0,2 0,4 0,6 0,8
Volume H
2
(ml)
Le volume de gaz dégagé pour i = 0,8 A est-il conforme à la valeur attendue ?
Tracer les courbes Vol
H2
= f(t) et Vol
H2
= f(i). Commentez ces courbes.
La 1
ère
loi de FARADAY est-elle vérifiée ?
En considérant que
VolVz VTI Vz VQ z
Q
F
ol
m
ol
mm *2 00024*180*8,0
... ..=
∆
=== le volume étant exprimé en ml
Déterminer une valeur expérimentale de F.
La valeur trouvée est-elle proche de la valeur théorique F = 96 484 C/mol ?
Calculer la valeur du rendement de FARADAY
théoriqueVol érimentalexpVol
H
H
F2
2
= η et commenter
∆T = 180 s

TP n°6 Pile à combustible
Garnero 5 MIE-TCER-TP-6.doc
Calculer la valeur du rendement énergétique
TIU VolH électriqueEnergie hydrogèneldeEnergie OH
E∆
== ** *
'2
η
avec H
OH2
= 11 920 kJ/m
3
(à 20°C) soit 11,92 J/ml la valeur de U sera prise sur la 1
ère
courbe.
Commenter les résultats
2
ème
partie : Pile à Hydrogène
Réglages préliminaires :
Régler l’alimentation pour avoir une
production d’hydrogène suffisante; Faire
l’appoint d’eau si nécessaire. Fermer les
tuyaux inférieurs de la pile avec les clips.
Faire fonctionner le système pendant 5 mn
pour purger les tuyaux et avoir une réserve
d’hydrogène suffisante. (La production est
stoppée quand le repère 60ml est atteint)
R
V
v
i
A
H
2
O
2
Pile
Pile
O
2
A
V
R
H
2
0
ml
O
2
m
H
2
0
0
60
60
ml
Electrolyseur
Aimentation