TP Voiture a hydrogene

TP : VOITURE A HYDROGENE
Principe :
La voiture est équipée d’une cellule de carburant. C’est un dispositif qui peut convertir
l’hydrogène (produit par réaction avec de l’eau) en énergie électrique utilisable.
Objectif : produire de l’électricité à partir d’hydrogène.
Liste des composants
-Capot du moteur
-Seringue
-Tubes courts en caoutchouc
-Roues
-Piles à combustible
-Alimentation électrique
-Châssis et moteur électrique
-2 réservoirs
Assemblage de la voiture
Faire appel au tuteur.
Remplir les 2 réservoirs d’eau jusqu’au niveau 0.
Hydratation de la cellule de carburant
Faire appel au tuteur. Remplir la seringue d’eau distillée et la placer dans le bec supérieur du
côté de l’oxygène de la cellule de carburant. Injecter l’eau jusqu’à ce qu’elle arrive dans le
réservoir. Laisser la cellule de carburant pendant 5 à 10 min à une hydratation complète.
1) Branchement du panneau solaire
Placer le panneau solaire dans la lumière (vérifier à l’aide d’un multimètre que la tension ne
dépasse pas 2V et que l’intensité n’excède pas 0.7A) puis le brancher à la cellule de
carburant. Vous verrez la production des gaz de l’oxygène et d’hydrogène dans les réservoirs.
Il faudra approximativement 5 à 10 min pour remplir le réservoir d’hydrogène. Une fois la
production d’hydrogène terminée, il faut débrancher le panneau solaire et brancher le moteur
électrique.
2) Branchement de la batterie à piles
Brancher les fils de la batterie sur la cellule de carburant. Attendre que les réservoirs soient
remplis de gaz. Vous pouvez alors débranchez la batterie et brancher les fils du moteur çà la
place. La voiture se mettra en marche instantanément.
Compléments :
1ère étape : Production de dihydrogène par électrolyse de l'eau
L'électrolyse peut être utilisée pour décomposer l'eau (H2O) en dihydrogène (H2) et en
dioxygène (O2).
Réactions :
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Oxydation à l'anode (reliée au pôle + du générateur) :
•
Réduction à la cathode (reliée au pôle - du générateur) :
•
Globalement, nous avons :
2ème étape : Principe de fonctionnement
La pile à combustible fonctionne à l'inverse de l'électrolyse de l'eau pure. Elle transforme
l'énergie chimique en énergie électrique directement. C'est un générateur.
•
•
Elle est semblable à une pile ordinaire. Elle possède une cathode et une anode séparées
par un électrolyte qui assure le passage du courant. Les charges se déplacent entre
l’anode et la cathode.
Elle consomme le dioxygène O2 et le dihydrogène H2. Elle continue de fonctionner
tant qu'elle est approvisionnée en dihydrogène et dioxygène.
Schéma d'une pile à combustible (cellule de carburant) :
1. À l'anode, a lieu la réaction suivante :
H2 → 2H+ + 2e–
2. Il y a donc production de deux
électrons par molécule de dihydrogène.
3. Les H+ passent de l'anode à la cathode
et provoquent un courant électrique par
transfert des électrons dans le circuit
électrique.
4. À la cathode, les H+ sont consommés
suivant la réaction:
O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O
Les différentes applications :
L'Europe s'est dotée en 2008 d'un cadre (règlement européen) pour le développement des
véhicules à hydrogène (comme combustible), mais soutient aussi des projets de
recherche sur les piles à hydrogène.
Dans le nord de la France, le laboratoire de nanotechnologies de l'Institut d'électronique de
microélectronique et de nanotechnologie réalise en mai 2009 la plus performante et la
plus petite pile à combustible du monde, de la taille de l'ongle d'un nourrisson.
Grâce aux progrès incessants de ces techniques, dont les premiers développements dans le
domaine spatial remontent aux années 1960, et à la baisse des prix, son utilisation croît
dans de nouveaux domaines. Notamment pour alimenter des prototypes d'ordinateurs
portables, de téléphones portables, d'appareils photo ou encore de véhicules propres.
Exemple d’une voiture fonctionnant à l’hydrogène :
Pour 2005-2010, PSA Peugeot Citroën prévoit
une 1ère application sur des véhicules
électriques utilitaires.
Sur la base d'un Berlingo, ce véhicule dispose
d'un moteur électrique, d'une pile à
combustible de 30 kW et de batteries.
Alimenté avec de l'hydrogène gazeux sous
pression (350 bars), il atteint une vitesse
maximale de 100 km/h.