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
Où
?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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