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Pile à combustible à hydrogène

LycéeChimiePile à combustible à hydrogène avec une alimentation limitée, une source réversible constante, une charge résistive et une perte ohmique interne

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À propos de cette expérience

Connectez une pile à combustible à une charge et suivez la consommation de gaz, la production d’eau et l’énergie électrique fournie. Ajustez la résistance de charge et découvrez quand une quantité limitée de réactif est épuisée.

Objectifs pédagogiques

  • Établissez le bilan des quantités d’hydrogène, d’oxygène, d’eau et d’électrons.
  • Distinguez la puissance instantanée aux bornes de l’énergie totale fournie.
  • Expliquez la résistance interne et la puissance maximale obtenue avec une charge adaptée.

Comment l’utiliser

  1. 1Connectez la charge et relevez la tension, le courant et la puissance.
  2. 2Réglez la résistance de charge sur la valeur de la résistance interne et comparez la puissance à celle obtenue pour des valeurs voisines.
  3. 3Laissez fonctionner le système jusqu’à épuisement du combustible et identifiez le gaz limitant.
  4. 4Ouvrez le circuit de charge avant l’épuisement et vérifiez que l’eau et l’énergie déjà fournie sont conservées.

Le modèle

Le modèle de source linéaire fournit une puissance maximale à la charge lorsque R L est égal à la résistance interne.
L’hydrogène et l’oxygène sont consommés dans un rapport de deux pour un.
L’énergie électrique et les pertes ohmiques internes rendent compte de la libération d’énergie libre du modèle.

Hypothèses

  • Des alimentations régulées en gaz parfait maintiennent une source réversible idéale de 1,229 V à 298,15 K jusqu’à l’épuisement d’une quantité limitée de gaz.
  • Seule une résistance ohmique interne fixe réduit la tension aux bornes. La polarisation d’activation et celle due au transfert de matière sont omises.
  • Le bilan utilise l’énergie libre de Gibbs libérée à la tension de source spécifiée. La chaleur ohmique plus l’énergie fournie à la charge correspondent à la diminution disponible de cette énergie libre, et non à l’enthalpie totale de combustion.
  • Le ventilateur indique la puissance instantanée et n’a pas d’inertie de rotor. Les jauges d’eau et de réserve sont des illustrations agrandies.

À essayer en classe

  1. Q1Pourquoi une résistance de charge plus faible peut-elle augmenter le courant tout en réduisant la puissance fournie à la charge ?
  2. Q2Pourquoi peut-il rester de l’oxygène une fois l’hydrogène épuisé ?

Foire aux questions

S’agit-il de la courbe de polarisation complète d’une véritable pile à combustible ?

Non. Le modèle isole les pertes ohmiques et le bilan d’alimentation limitée. Une véritable pile présente aussi des effets d’activation et de transfert de matière.

Le rendement électrique désigne-t-il ici le rapport à l’enthalpie de combustion ?

Non. Il s’agit de la tension de charge divisée par la tension de la source réversible choisie ; sa référence est donc l’énergie libre de Gibbs disponible.