法語翻譯畢業(yè)論文-電動汽車中的燃料電池

1、學 士 學 位 論 文論文題目：La pile combustible du vhicule lectrique電動汽車中的燃料電池 姓 名： 學 號： 院 系： 高級翻譯學院 專 業(yè)： 翻譯（法語） 指導教師： 二一三 年 五IntroductionLe dveloppement des conomies de march et laugmentation de la consommation ont aujourdhui un impact considrable sur lenvironnement et par consquence sur la qualit de la vie. L

2、a protection de lenvironnement est aujourdhui au cur des proccupations. Cest pourquoi, les habitants des grandes mtropoles demandent aux politique dtablir des mesures visant lamlioration de la qualit de lair, dailleurs le terme PM2.5 est devenu un mot-cl pour dcrire la trs mauvaise situation cologiq

3、ue des grandes villes telle que Beijing. La principal cause de la pollution dans les grandes villes est le gaz rsiduel gnr par les vhicules. En effet, le combustible utilis par la plupart des vhicules est lessence. Or, les gaz vacus comprennent des composants trs nocifs pour ltre humain.Malgr les me

4、sures tablies afin de les rduire les automobiles notamment le maintient du prix de lessence, leur nombre ne cesse daugmenter.Ainsi, la solution qui simpose selon un grand nombre de spcialistes serait de changer le combustible. Or remplacer lessence par un autre combustible implique invitablement le

5、changement de la source dnergie. En comparaison aux autres sources dnergie, la pile combustible est la source dnergie la plus propre puisque elle produit de llectricit en utilisant uniquement de lhydrogne et de lair (loxygne), et lunique sous-produit rejet est de leau.En France, les vhicules pile co

6、mbustible sont dors et dj fortement convoits par les grandes marques telles que Citron, Peugeot; cependant en Chine, du fait du retard technologique, la recherche de ce type de vhicule est moins rependue.Grce aux tudes (entre autres des thses, livres.) tablies dans ce domaine en chinois et en franai

7、s, des fiches terminologiques ont t cres afin daider les constructeurs automobiles chinois remdier aux obstacles techniques qui ont pu se prsenter eux.avertissement au lecteurDans cet expos, les termes faisant lobjet dune fiche terminologique apparaissent en gras leur premire occurrence pertinente,

8、suivis de leur numro de fiche terminologique entre parenthse, en exposant et en gras, procd de la lettre F(ex : reformage(F05) Dans le corps de lexpos, les italiques sont employs uniquement pour les termes cits dans une langue autre que le franais.ExposHistoire de la pile combustibleLe principe de l

9、a pile combustible est propos initialement par un chimiste allemand, Christian Friedrich Schnbein, en 1838. Sur la base de ce thorie, la premire pile combustible est dcouverte par sir William Grove, un chimiste anglais. William Grove a fait beaucoup dexprimentation sur llectrolyse de leau, ses insta

10、llations sont 2 lectrodes de platine platin plonges dans lacide sulfurique William Grove pense que si leau peut tre dissocie en hydrogne et oxygne quand le courant lectrique passe, cest raisonnable davoir la possibilit de la ralisation de la raction oppose. Avec cette hypothse, il a construit une pi

11、le nomm “gas voltaic battery” avec une puissance trop faible (quelques mA/cm) cause de la faible surface de contact entre gaz, lectrolyte et lectrodes. Cette pile est considre comme la premire prototype de la pile combustible.En 1894, le chimiste Allemand Wilhelm Ostwald a propos que on peut profite

12、r le fait que loxygne oxyde directement le combustible naturel au travers du procd lectrochimique, pour crer un dispositif de produire produire de l HYPERLINK /wiki/%C3%89nergie_%C3%A9lectrique o nergie lectrique nergie lectrique. A la fin du sicle dernier (1896), William Jacques a construit une pil

13、e charbon-air qui est la premire pile combustible de puissance (1,5 kW). Cette pile utilisait un lectrolyte NaOH fondu 450, une anode consommable de coke (combustible) et une cathode air fer. Cette pile est considre comme la seul solution pour le problme de la construction de la pile combustible pen

14、dant longtemps. A cette poque-l, elle est dj envisag pour un usage domestique, ou pour un vhicule lectrique urbain, puisque ses performance taient remarquables (100 mA/cm 1 Volt). A partir des annes 1930, grce Francis Thomas Bacon, le pionnier du dveloppement industriel de la pile combustible, cette

15、 technique gnre en maturit et en crdibilit. Sur la base de ses premiers travaux sur une pile combustible hydrogne/oxygne en milieu KOH aqueux, Bacon a ralis en 1953 une pile avec un lectrolyte alcalin et des lectrodes poreuses de nickel et doxyde de nickel. Cette pile est considre comme le premier p

16、rototype industriel de puissance notable (quelques kW pour des densits de courant de 1 A/cm 0,8 V), et elle est fabriqu pour les missions lumire APOLLO, partir des annes soixante. Cette pile est plus efficace que la pile lectrolyte polymre solide qui est ralis par gnral Electric pour le programme GE

17、MINI pendant des annes 50. Si on dit que le programme spatial a encourag le dveloppement de la pile combustible aux Etats-unis, il y avait aussi un grand nombre de recherches aura la mis en point de pile utilisant bien lhydrogne.En allemagne, la recherche sur la pile alcaline(AFC) est ralis par Just

18、i et Winsel, ils ont choisi des lectrodes de nickel de Raney de grandes surfaces actives.En France, le dveloppement de la pile combustible a connu un essor entre 1960 et 1975.le prototype de pile au mthanol et hydrazine de 1 kW, et de pile hydrogne/air lectrolyte alcalin est ralis pendant cette prio

19、de.En Angleterre, ltude sur la pile au mthanol combustible directe est men par la compagnie Shell jusquau dbut des annes 1980. A la suite des chocs ptroliers des 1970, la premire crise ptrolire a conduit les gouvernements chercher une alternative aux nergies fossiles. Dans ce contexte, les Etats-uni

20、s et a consacr beaucoup sur la recherche de lutilisation de la pile combustible dans le domaine des transports. Les amricains a amlior des piles acide phosphorique et ralis leur utilisation sur vhicule lectrique(en tant que le combustible, lhydrogne tait fourni par reformage(F06) du mthanol ou de la

21、mmoniac), la piles combustible carbonate fondu et la piles hydrogne en milieu alcalin qui est fabrique pour les applications spatiales et le vhicule lectrique sont aussi leurs objets principals parmi lesquels les rendement de quelques piles taient dj trs levs. Par ailleurs, le Japon a lanc depuis 19

22、81 des programmes de recherche viser installer des puissance lectriques de 2,25 GW produites partir de pile combustible dans le cadre des projets “Moonlight”, puis “Sunshine”. Les piles acide phosphorique (PAFC), les piles carbonate fondu (MCFC), les piles oxyde solide (SOFC) et les piles membrane c

23、hangeuse de protons (PEMFC) sont 4 grandes filires de ces programmes. A part de ces 4 types de pile, les piles carbonate fondu et la pile au mthanol combustion directe font galement lobjet au Japon de recherches trs importantes. Enfin, les piles membrane changeuse de protons (PEMFC) sont slectionnes

24、 depuis 1993 pour un programme de recherche structur avec pour objectif des piles de 10 50 W pour applications au vhicule lectrique.Depuis les annes 1990, les piles combustibles et lhydrogne sont considrs comme des candidats possibles la production dnergie durable et propre pour les transports, surt

25、out les vhicules lectriques. Les effort de recherche et dveloppement de ce domaine sont effectu principalement dans les pays industrialiss. A lchelle de lAsie, la suite du Japon, la recherche sur cette technique a connu , depuis le dbut du 21me sicles, un grand dveloppement en Chine pour la raison d

26、e la pollution de lair.Prsentation de la pile combustible Diffrents types de pile combustibleGnralement , Les piles combustible sont classifies en fonction du type dlectrolyte utilis (sauf DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), cette pile est en fait une PEMFC (Proton exchange membrane fuel cell), mais u

27、tilisant comme carburant du mthanol qui est directement envoy lanode). A part du type dlectrolyte, leurs plages de puissance et de leurs tempratures de fonctionnement sont aussi des caractristique utilise pour classifier. Les principales technologie de pile combustible ainsi que leur caractristique

28、sont donnes dans le tableau suivant :Tableau 1 : Les principaux types de piles combustible.放在表的上邊放在表的上邊Nomlectrolyte Plage de puissanceTemprature defonctionnementDomainesdapplicationsPAC bassestempraturesDMFC( Direct methanol fuel cell )Membranepolymre1mW 100kW60-90 CPortablePEMFC( Proton exchange m

29、embrane fuel cell )Membranepolymre100W 500kW60-90 CTransportPortableStationnaireAFC( Alkaline fuel cell )Solution alcalineaqueuse10 kW 100kW50-250 CTransportSpatialPAFC( Phosphoric acid fuel cell )AcidephosphoriqueJusqu 10MW160-220 CStationnairePAC hautestempraturesMCFC( Molten carbonate fuel cell )

30、Carbonate fonduJusqu 100MW650 CStationnaireSOFC( Solid oxide fuel cell )Oxyde solideJusqu 100MW750-1050 CStationnaireDaprs ce tableau, la pile combustible se divise en 2 genres, les piles hautes tempratures sont destines aux applications stationnaire, la chaleur produite par ce genre de pile peut tr

31、e rcupre par des procds de cognration(F01). Parmi ces 2 types de la pile, La pile oxyde solide (SOFC) est faite pour la production dlectricit dcentralise(F05) et la cognration dont les domaines couvrent des puissances allant de 1 kW quelques dizaines de MW. Cette pile peut aussi tre utilise dans la

32、propulsion navale et terrestre avec son fort rendement et sa capacit potentielle fonctionner directement avec des hydrocarbures liquides.Concernant la pile combustible carbonates fondus (MCFC), ses avantages et ses inconvnients sont le mme que ceux de la pile oxyde solide (SOFC). Le rendement de cet

33、te pille peuvent atteindre 70% ou plus.Tandis que les piles basses tempratures , elles sont destines aux applications mobiles.Parmi CES 4 type de piles, La pile alcaline (AFC) a le meilleur rendement de toutes les piles combustible, en retour, la puret de son combustible est extrmement demande. Cett

34、e caractristique a bien limit son application, mme si cette pile est exploite depuis le dbut des annes 1940. Par rapport la pile alcaline (AFC), la pile membrane lectrolyte polymrique (PEMFC) a connu un grande dveloppement avec la nouvelle membrane de type Nafion en attendant jusquaux annes 1980. Co

35、mme cette technologie est adapt par la vhicule lectrique, son dveloppement est considr comme la gnralisation de lapplication de la pile combustible.Concernant la pile combustible acide phosphorique (PAFC), elle est la pile la plus avance dans le dveloppement et la commercialisation avec sa facilit d

36、e fabrication, sa stabilit thermique et chimique. Les composants de cette pile est presque mme que ceux de la pile membrane lectrolyte polymrique (PEMFC), sauf pour llectrolyte utilis. Par rapport au membrane solide de PEMFC, llectrolyte de PAFC est de lacide phosphorique liquide (aussi un lectrolyt

37、e conducteur de protons).Enfin, la pile mthanol direct (DMFC) ressemble aussi beaucuoup la pile PEMFC, sauf que son combustible est le carburant du mthanol qui est directement envoy lanode.Actuellement, avec la pollution de plus en plus grave, la pile combustible est imprieusement demand par le tran

38、sport automobile, surtout le vhicule lectrique, la pile combustible membrane polymre(F03) (PEMFC) est fait pour le vhicule lectrique pour 3 raisons: Premirement, elle rpond le mieux la demande de la densit de puissance de la propulsion dun vhicules (de quelques kilowatts une centaine de kilowatts).D

39、euximement, sa temprature de fonctionnement est entre 50 et 80, qui correspond bien usage automobile Troisimement, les lments solodes tel que la membrane en polymre de cette pile lui permet davoir certaine rsistance mcanique demand par lenvironnement automobile.Dans les testes suivant, la pile PEMFC

40、 est focalis comme lexemple pour prsenter grce son adaptation avec le vhicule lectrique.Structure de la pile combustible Une pile combustible est une pile qui fabrique lnergie lectrique grce son lectrode dun combustible rducteur o a lieu loxydation et son lectrode dun oxydant o a lieu la rduction. L

41、a structure dune pile combustible simple soit dune pile combustible hydrogne/oxygne est prsent dans le schma ci-dessous: Figure 1 : Schkmn de principe dune pile combustible hydrogne/oxygneDaprs ce schma, une pile combustible est compos principalement par : 2 lectrodes (lanode et la cathode), llectro

42、lyte et un circuit lectrique extrieur. Les lectrodes sont le cur de la pile combustible, puisque les ractions lectrochimiques se passent au niveau des lectrodes. Ces lectrodes est toujours enduit par des catalyseurs qui est plus couramment base de platine. Elles sont spar par llectrolyte qui est com

43、pos par un matriau qui bloque le passage des lectrons. Le but de llectrolyte est disoler 2 ractions lectrochimiques s qui doivent avoir lieu respectivement sur lanode ou la cathode. Concernant le circuit lectrique extrieur, il existe en tant quun vhicule du courant lectrique, qui peut fournir lnergi

44、e lectrique. Sur la base de la structure de la pile combustible hydrogne/oxygne, la structure de la pile combustible membrane polymre (PEMFC) peut tre bien comprise. Cette structure est bien prsent dans le schma suivant: Figure 2 : Schma de principe de la pile combustible PEMPar rapport llectrolyte

45、liquide de la pile combustible hydrogne/oxygne, la membrane est slectionn pour la pile combustible membrane polymre (PEMFC). Cette membrane est un lectrolyte en polymre qui permable aux protons dhydrogne H et impermable au gaz. Cette structure solide est adapt bien des contraintes lies lenvironnemen

46、t automobile.En fait, La raction lectrochimique a toujours lieu dans une cellule lmentaire. La structure dune cellule lmentaire est prsent dans le schma suivant :Figure 3 : Schma dassemblage dune cellule lmentaire/Ruge 2003/.Daprs ce schma, une cellule lmentaire consiste en un assemblage Electrode-M

47、embrane-Electrode (EME) press entre 2 plaques bipolaire.Le assemblage EME est le cur de la cellule lmentaire, y compris 2 lectrodes et chacune est faite de 2 couches de matriaux poreux : une couche de diffusion des gaz qui fournit le combustible (lhydrogne et loxygne), et une couche de catalyseur (p

48、latine), qui permet dactiviter et dacclrer la raction doxydorduction.En tant que la pice adjointe, les plaques bipolaires ont 2 fonctions: Canaliser les gaz venant de lextrieur. Ces plaques doivent permettre de diffuser des gaz jusquaux lectrodes par le biais de fins canaux.Grer les flux. Elles perm

49、ettent la circulation de la liquide de refroidissement pour refroidir la cellule lmentaire. Ces plaques bipolaires doivent tre conductrices et resisiter aux agressions corrosives, elles sont gnralement faites en graphite ou en acier inoxydable.Fonctionnement de la pile combustible Parmi les diffrent

50、s type de pile combustible, la pile de type PEM est considr comme la technologie gnralement retenue pour usage automobile. La principe de fonctionnement de ce type de pile est de convertir lnergie chimique (lhydrogne et loxygne) en nergie lectrique. En effet cette raction lectrochimique est une lect

51、rolyse de leau inverse prsent dans le schma ci-dessous:Figure 4 : Schma dassemblage EMEDaprs ce schma, en tant que le combustible, lhydrogne est diffus jusqu lanode dun matriau catalytique conducteur , sur laquelle loxydation est ralis en constituant le ple ngatif de la pile.Lquation chimique est :

52、H2H + 2e(1.1)Dun ct, les lectrons produits par la raction se transportent facilement sur la cathode en passsant le circuit lectrique extrieur, llectricit est justement produite par ces 2 lectrodes librs par la molcule dhydrogne (1.1)Dun autre ct, comme les protons est plus lourd que les lectrodes, l

53、es protons H traversent la membrane sparant 2 lectrodes, au lieu du circuit extrieur, pour arriver la cathode. Ces protons se recombinent la cathode avec les lectrons et les atomes doxygne venant de lextrieur. Cette raction nomme la rduction, qui se produit sur la cathode catalytique, constitue le p

54、le positif de la pile. Lquation chimique est : O2H2eHO (1.2)Idalement, leau et la chaleur sont deux seuls produits secondaire de la raction en produisant llectricit. Le sens du courant lectrique (du le ple positif, soit la cathode, au ple ngatif, soit lanode) est au contraire du sens du courant des

55、lectrons (de lanode la cathode). En combinant (1.1) et (1.2), la raction globale est :HO2 H2O chaleur (1.3)Comme llectrolyte en polymre est impermable aux gaz, lhydrogne qui nest pas encore dcompos va rester sur lanode au lieu de fuir avec les protons HSur la base du principe de fonctionnement de la

56、ssemblage EME, le fonctionnement dans un cellule lmentaire est facile comprendre. Ce fonctionnement peut tre prsent avec le schma suivant :Figure 5 : Exemple dassemblage dune cellule lmentaireDans le schma ci-dessus, lhydrogne et loxygne entrent par la plaque de fin monopolaire dans les sens opposan

57、ts, ils sont ensuite distribu par le biais de fins canaux des plaques bipolaires aux lectrodes de lassemblage EME de manire uniforme. Comme Ces lectrodes est faites de 2 couches, lhydrogne est ensuite transports et rpartis uniformment par la couche de diffusion sur la membrane , est dcompos (oxydati

58、on) laide de la couche de catalyseur de lanode. les protons H des gaz se transportent la membrane jusqu la cathode, sur laquelle ils vont se recombiner avec les lectrons et les atomes doxygne. Aprs lachvement de toute la raction doxydorduction, leau produite vacue par la couche de diffusion.La pile

59、combustible peut produire, avec la raction doxydorduction, le courant lectrique et la tension lectrique. La tension vide de la cellule est fonction du potentiel lectrique de la raction doxydorduction, elle est de 1.23V, pour des conditions standard de temprature et de presssion (1 atm, 25). Mais en

60、pratique, quelques facteurs va diminuer efficacit de la raction de la pile et provoquer la chute de la tension mesure de la augmentation de la densit de courant lectrique. Ces pertes, appeles souvent polarisation, proviennent principalement de trois sources: la polarisation dactivation(F04) , la pol