Assembler et experimenter une pile à combustible

Ma fille travaillait au collège ces derniers temps sur un projet scientifique comportant une maquette de « ville du futur»… Parmi les éléments constitutifs de la ville, elle a identifié comme possible source d’électricité la pile à combustible.

La pile à combustible est un dispositif électrochimique qui convertit l’énergie chimique d’un combustible et d’un oxydant directement en électricité, en chaleur et en eau. Ce processus est fondamentalement différent de celui de la combustion, car il permet une conversion directe de l’énergie sans passer par un cycle thermique, ce qui augmente potentiellement l’efficacité énergétique. Le cœur d’une pile à combustible est constitué de deux électrodes, l’anode et la cathode, séparées par un électrolyte qui permet le passage des ions mais pas des électrons, afin de forcer ces derniers à passer par un circuit externe où ils pourront réaliser un travail.

La pile à combustible à hydrogène, également appelée pile à combustible à proton (PEMFC), utilise l’hydrogène comme combustible et l’oxygène de l’air comme oxydant. A l’anode, l’hydrogène est séparé en ions hydrogène (protons) et en électrons grâce à un catalyseur. Les protons traversent alors l’électrolyte, qui est généralement une membrane échangeuse de protons (PEM), pour atteindre la cathode. Les électrons, quant à eux, sont contraints de prendre un chemin plus long via un circuit externe, générant ainsi de l’électricité. A la cathode, les ions hydrogène, les électrons revenus du circuit externe et l’oxygène de l’air réagissent pour produire de l’eau, qui est le seul sous-produit de ce processus, ce qui en fait une technologie propre.
Autant en expérimenter une vraie pour l’occasion 🙂

Assembler et experimenter une pile à combustible

By 21 mai 2023

après quelques recherches, j’ai conclu qu’il était illusoire d’en fabriquer une moi-même de A à Z, la membrane étant extrêmement technique… j’en ai donc acheté une petite en chine.

Instructions

Pour débuter il faut remplir la pile d'eau déminéralisée.

Il semble que par la suite il faut a tout prix la maintenir hydratée. Mais même en faisant le nécessaire, ma pile a cessé de fonctionner au bout de deux semaines... mauvaise manip ? mauvaise qualité ?  sais pas.

J'ai réalisé en impression 3D une petite "cloche" adaptée à la taille de la fiole dont je disposais pour piéger le dihydrogène produit par la pile.

En veillant à bien remplir le tuyau et la cloche d'eau on branche le tuyau sur l'embout coté non ajouré, correspondant à l'anode (-, bleu) (l'autre coté, la cathode (+, rouge) est percée de petits trous permettant les échanges avec l'air atmosphérique)
On branche la pile à combustible sur la source d'électricité : boitier de piles 1,5V ou cellule photoélectrique

l'électrolyse a lieu : la pile génère d'un coté du dioxygène qui est rejeté dans l'atmosphère, et de l'autre coté du dihydrogène qui est piégé sous la cloche... on voit le niveau de l'eau dans la fiole monter, signe qu'il y a de plus en plus de gaz dans la cloche !

une fois qu'on a généré suffisamment d'hydrogène, on inverse le cycle : on branche les électrodes de la pile à combustible sur le petit moteur, et là ô merveille : le moteur se met à fonctionner, en consommant progressivement l'hydrogène (et l'oxygène de l'air bien entendu) et en relâchant de l'eau...

 

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