Aurélie 15/12/08
 

 

Pile à combustible alcaline

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Compréhension de la pile :

Dessiner la pile Pt H2 (1bar) H2O ,KOH(1mol.L ) O2(g)(1bar) Pt

Préciser sur ce schéma sa polarité et le sens de déplacement des électrons.


Anode : électrode où se produit une oxydation.

L'oxydation libère des électrons ; l'anode constitue la borne négative de la pile.

Cathode : électrode où se produit une réduction.

Un oxydant qui se réduit gagne des électrons ; la cathode constitue la borne positive de la pile.

Les électrons se déplacent dans les électrodes en platine et dans de dipole récepteur

Dans la potasse les anions hydroxyde HO- se déplace dans le sens contraire du courant, c'est à dire dans le même sens que les électrons.





Etude de la pile :

Ecrire les deux demi réactions ayant lieu aux deux électrodes dans le milieu électrolytique contenant la potasse.

Oxydation à l'anode du dihydrogène H2(g).

2H2(g) + 4HO-(aq) = 4H2O(l) + 4e- (1).

Réduction à la cathode du dioxygène O2(g).

O2(g) + 4e-+ 2H2O(l) = 4HO-(aq) (2).

Bilan : 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l).


Déterminer la formule de la force électromotrice de cette pile pour des pressions en dihydrogène et dioxygène de 1 bar.

E1 = E°(H2O(l) /H2(g) ) +0,015 log 1/( [HO-]4 P2H2] avec PH2 = 1 bar

E1 = E°(H2O(l) /H2(g) ) -0,015 log [HO-]4

E2 = E°(O2(g) /H2O(l) ) + 0,015 log [HO-]4 /PO2] avec PO2 = 1 bar

E2 = E°(O2(g) /H2O(l) ) + 0,015 log [HO-]4 .

E = E2 -E1 = E°(O2(g) /H2O(l) )- E°(H2O(l) /H2(g) ) = 1,23 V.

Pour une pile de 10 kW, calculer la charge débitée en une heure.

Puissance (W) * durée ( s) = énergie (J)

Energie = 104 *3600 = 3,6 107 J.

Puis diviser par la fem de la pile : 3,6 107 / 1,23 = 2,93 107 C.

En déduire la consommation en g.h-1 en dihydrogène, puis en dioxygène.

Quantité de matière d'électrons :

n =  2,93 107 / 96500 = 303 mol.

2H2(g) + 4HO-(aq) = 4H2O(l) + 4e- (1).

Quantité de matière de dihydrogène : nH2 = ½ n = 151 mol

Masse molaire du dihydrogène M = 2 g/mol

masse de dihydrogène : m = nH2 M =303 g en une heure.




Bilan : 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l).

Quantité de matière de dioxygène : nO2 = ½ n H2 = 75,7 mol

Masse molaire du dioxygène M = 32 g/mol

masse de dioxygène : m = nO2 M = 75,7*32 =2,42 103 g en une heure.



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