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Niveau école ingénieur
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Pile à combustible

Posté par
Physical111
07-12-23 à 15:56

Bonjour à tous
J'ai un exercice merci beaucoup d'avance
L'autonomie d'un véhicule électrique fonctionnant avec une pile à combustible,est de 600km avec une consommation moyenne de 0,7kg(H2) /100km.
1) Calculer le volume du dihydrogène V(H2) en m3 nécessaire pour faire le plein .
On suppose que le volume molaire de H2 ,dans les conditions normales de température et de pression est VM=22,4l.mol-1
2) justifier , à travers la question 1,le fait que les piles à combustible ne soient pas encore utilisées dans les voitures électriques,proposer deux solutions.
3) Connaissant les enthalpies standard des liaisons des molécules H2,O2 et H2O :
H-H=432kj/mol ,HO-O=494kj/mol;HH-O=460kj/mol
Calculer la quantité d'énergie totale (en kwh) que peut contenir le réservoir plein .
1)le volume de H2 nécessaire pour faire le plein
V(H_2)=\dfrac{600km*\dfrac{0,7kg}{100km}}{22,4*10^{-3} m^3/mol}
2) Les piles à combustible ne sont pas encore largement utilisées dans les voitures électriques en raison de problèmes liés au stockage, à la production et à la distribution sûrs et économiques du dihydrogène. Deux solutions potentielles incluent le développement de nouvelles technologies de stockage du dihydrogène et l'expansion de l'infrastructure pour rendre la distribution plus accessible.
3) E=n*H
Avec 2H2+O2--->2H2O
Merci beaucoup d'avance

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 07-12-23 à 16:10

Bonjour
Question 1 : un volume serait égal à une masse divisée par un volume molaire ??? Relation non homogène donc nécessairement fausse !
Pour avoir le volume, il faut calculer la quantité de dihydrogène puis multiplier par le volume molaire.

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 07-12-23 à 22:56

Bonjour
1) n(H2)=\dfrac{\text{autonomie*consommation spécifique }}{M(H_2)}
Avec M(H2)=2g/mol
n=\dfrac{600*\dfrac{0,7*10^3}{100}}{2}=2100mol
V(H2)=n*VM=2100*22,4=47040L≈47,04m3

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 07-12-23 à 23:04

Ok. Maintenant tu peux répondre à la question 2 en tenant compte du résultat que tu viens d'obtenir. Je te rappelle que le volume d'un réservoir d'essence de voiture est de l'ordre de soixante litres.

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 07-12-23 à 23:18

Bonjour
2) La question du volume nécessaire pour stocker le dihydrogène souligne l'un des défis des piles à combustible dans les voitures électriques. Les réservoirs d'hydrogène nécessitent un espace significatif, et avec un volume d'environ 60 litres pour un réservoir d'essence de voiture standard, la comparaison souligne le besoin de solutions de stockage plus compactes pour le dihydrogène.

Deux solutions potentielles pour surmonter cette limitation sont :

- Développer des technologies de stockage haute densité pour le dihydrogène, permettant de stocker des quantités importantes dans des volumes réduits.
  
- Investir dans des infrastructures de distribution d'hydrogène plus étendues pour rendre le ravitaillement plus pratique, compensant ainsi la nécessité de stocker de grandes quantités à bord des véhicules.

Ces solutions visent à rendre les piles à combustible plus compétitives et pratiques pour une utilisation généralisée dans les voitures électriques.
Merci beaucoup

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 08-12-23 à 00:09

D'accord mais ce texte est bien de toi ?  Tu pourrais expliquer les méthodes imaginables pour augmenter la densité et leurs difficultés de mise en oeuvre pour les véhicules routiers ?

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 08-12-23 à 13:55

Bonjour
Oui pour augmenter la densité du stockage de dihydrogène pour les véhicules routiers on recourt à :
Stockage sous haute pression :
Méthode : Comprimer le dihydrogène à des pressions élevées pour augmenter la densité de stockage.
Difficultés : Nécessite des réservoirs robustes et légers capables de supporter des pressions élevées. La sécurité est une préoccupation majeure en raison du risque de fuites ou de ruptures en cas d'accident.
Merci beaucoup

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 08-12-23 à 14:28

Très bien ! Effectivement, à cause de la taille et de la masse de la molécule de dihydrogène, les risques de fuite sont très importants et, souviens toi de ton cours de chimie : ce gaz est particulièrement inflammable et la réaction de combustion dans l'air peut être explosives si les proportions sont proches des proportions stœchiométriques.
Curieusement, personne n'évoque le crash et l'incendie du dirigeable Hindenburg qui a provoqué la mort de 36 passagers en 1937.

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 12-12-23 à 21:56

Bonjour
Pour 3) E=n*H
Avec 2H2+O2--->2H2O
Avec HL=\sum{\Delta H_{réactif}}-\sum{\Delta H_{produit}}=438kj/mol
•ET=2100*438=9,198*105kj=255,5kwh (on divisant par 3600)
Merci beaucoup

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 12-12-23 à 23:19

Bonjour
Pour HL=2HH-H+HO-O-2HH-O
Merci beaucoup

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 13-12-23 à 12:33

Bonjour
S'il vous plaît est ce que c'est bon pour la dernière question
Merci beaucoup

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 13-12-23 à 13:57

L'équation de réaction utilisée fait intervenir 2 molécules H2. Pour n moles de H2 ayant réagit, l'avancement final de la réaction est n/2. Il faudrait donc écrire :
E=\frac{n}{2}\cdot |\Delta _r H|
Selon les recommandations officielles, une enthalpie de réaction se note : \Delta _r H .
Autre remarque : la rupture de deux liaisons H-H et d'une liaison O=O entraîne la formation de quatre liaisons O-H : deux par molécules d'eau.

Posté par
Physical111
re : Pile à combustible 13-12-23 à 20:14

Bonjour
Donc
rH=4∆fH(O-H)-2∆fH(H-H)-∆fH(O-O)=482kj/mol
ET=\dfrac{2100}{2}*482=506100kj=140,6kwh
Merci beaucoup

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 13-12-23 à 21:08

D'accord avec tes valeurs finale . Reste peut-être un problème de signe. La formule de rH littérale que tu utilises fait intervenir les enthalpies de formation des produits et des réactifs. Or l'énoncé fournit les énergies des liaisons donc les énergies nécessaires pour détruire les molécules, pas pour les former. Il faut donc logiquement changer le signe de rH ce qui est cohérent avec le fait que la combustion du dihydrogène est une réaction exothermique donc correspondant à rH<0.

Posté par
vanoise
re : Pile à combustible 13-12-23 à 23:18

Petite remarque : le symbole d'une unité s'écrit en majuscule lorsque cette unité dérive du nom d'un scientifique : Joule, Kelvin, Watt, Newton...
Donc ici : kJ ; kWh ; kJ/mol ...



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