TPE 1ère S: l'hydrogène, carburant de l'avenir?

[invite5d2173cf]

Bonjour a tous!

Pour mon TPE, je cherche a faire marcher une pile a hydrogene en guise d'experience.
Rien de plus simple m'a-t-on dit!
En effet, j'ai pris un electrolyseur, dans le lequel j'ai placé de l'eau, des ions, deux electrodes en carbone, et hop! j'avais un petite pile a hydrogene!

Le probleme: c'est une trop petite pile a hydrogene! j'arrive a une tension maximale de 1volt pour 0.25A: je ne peux meme pas allumer une diode!

La question: comment augmenter le rendement?
Premierement, je vais donc éviter l'electrolyse et je vais passer a deux réactions plus fortes pour créer mon O2 et mon H2 (par exemple en utilisant des pastilles d'oxylithe).
J'ai lu quelques trucs qui parlaient de catalyseur, comme le platine....
Je doute fort que le lycée m'offre du platine pour un tpe...
J'ai aussi trouvé un materiau (le nanonickel de chez QSI) mais celui est encore plutot cher: 15$ USD par gramme!!

S.V.P!! connaissez vous des trucs pour augmenter le rendement electrique?


merci d'avance pour vos réponses!
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[inviteb691334c]

s'il existait vraiment un moyen d'augmenter appréciablement le rendement ca fait longtemps qu'on roulerait à l'hydrogène

mais là n'est pas le débat.

[invitec97c76c4]

je peux surement t'aider mais j'aurais besoin de détails sur la manip que tu as effectué.

En lisant ton message j'ai l'impression que à la fois tu sais beaucoup de choses, et à la fois il te manques certaines clés de compréhension des phénomènes ayant lieu dans une pile à combustible.

En gros, voilà déjà 3 pistes préliminaires:
1) augmente la température: les réactions chimiques dépendent de la température

2) diminue la résistance de l'électrolyte (si c'est possible) car c'est une des causes principales de pertes de puissance ( ça veut dire rapprocher les électrodes ou augmenter le nombre de porteurs de charge)

3) augmente l'activité de tes réactifs Idem les réactions chimiques augmentent avec la concentration. PS: c'est le coté cathodique qui est en général limitant (coté oxygène)

[invitec97c76c4]

NB: le platine sert notament à catalyser la réaction H2 => 2H+ + 2 e-

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec97c76c4]

Le probleme: c'est une trop petite pile a hydrogene! j'arrive a une tension maximale de 1volt pour 0.25A: je ne peux meme pas allumer une diode!

Sachant que la différence de potentiel maximal qu'il peut y avoir entre les 2 électrodes à 25°C et et 1 atm (pour les réactifs) est de 1,23V, et que à faible courant les surtensions d'activation sont importantes, je m'estimerai largement satisfait d'obtenir en labo une tension de 1V!!

Je me permet donc d'émettre quelques réserves sur la façon de mesurer la puissance de la pile.

[invite5d2173cf]

je vais expliquer en details ma manipulation:

En 1er, j'ai pris un electrolyseur que je faisais marcher avec un generateur à 16v
et 1.5A.
cet electrolyseur me produisait donc du H2 et du O2 en quantité suffisante en apparence.

dans la "cuve" de l'electrolyseur j'ai placé 2 electrodes en carbone reliées a un amperemetre et un voltmetre (j'ai bien fait attention a mes circuits: voltmetre en derivation, amperemetre en serie).
en raprochant mes electrodes j'ai obtenu a peu pres 1v (ou peut etre mV) je sais plus
si j'avais du 0.25A ou du 0.25 mA non plus.
je refais l'experience demain, je vous donnerait mes nouvelles valeurs.

[invite5d2173cf]

Cela dit, je préfere tout de meme trouver un moyen alternatif pour créer Le O2 et le H2, car pour le moment, avec l'electrolyse j'utilise le courant du secteur pour faire marcher une source d'energie alternative....

le mieux serait donc de trouver 2 réactions qui me permettent de créer du h2 et du o2. De plus, si je peux controler la production de O2, je pourrais surement augmenter sa concentration et donc avec de la chance faire mieux marcher la pile.
J'ai de quoi creer du O2 séparément, mais je cherche encore pour le H2, connaissez vous un réaction rentable et simple a mettre en oeuvre?

[invitec97c76c4]

Pour la synthèse de l'O2: pourquoi s'embeter, il y a 20% d'oxygène dans l'air ambiant c'est déjà pas mal!

Pour la synthèse de l'hydrogène il n'y a pas de réaction rentable énergétiquement. En effet, à chaque fois que l'on fait quelque chose on y perd un peu en énergie. Par contre c'est vrai qu'avec l'electrolyse on y perd beaucoup!

Cependant je me rappelle qu'au collège on étudiait une réaction qui dégageait de l'hydrogène. (ça doit pas être trop difficile de se rappeller ce que c'était)
J'essaierai de retrouver, mais ton prof connait surement la réaction et doit avoir en stock un peu de réactif, mais il en aura pas forcément pour que ça dure longtemps.

[invitec97c76c4]

Je suis en train de penser à autre chose... Dis moi si j'ai juste.
Ton montage, c'est en gros 2 compartiments reliés entre eux par un pont salin ou qqch qui ressemble. Dans chaque compartiment il y a une solution ionique au dessus de laquelle se trouve un gaz (soit de l'hydrogène soit de l'oxygène). Les 2 electrodes sont plongées dans la solution et sont reliées entre elles par l'ampèremetre.

Si c'est ça, je vois quelque chose qui pourrait grandement t'aider:
La réaction electrochimique a lieu à un endroit où l'on peut trouver 3 espèces: les e-, l'H2 et le H+. (ou e-, O2, H+) Par conséquent, le seuls endroits qui réunissent ces conditions sont autour de l'electrode à la limite entre le gaz et la solution.
C'est donc une surface très très petite. Pour pallier à ça tu peux faire buller tes gaz (si c'est techniquement possible) à la surface des électrodes.

[invite5d2173cf]

c'est exactement ce que nous faisons.
je vais poster des photos du montage car je ne suis pas assez clair dans mes explications.

[invitec97c76c4]

ok je regarderai ça

[invite5d2173cf]

voici un shema de la pile, et des photos du montage au complet:
http://img201.imageshack.us/img201/1...drogenexu7.jpg
http://img110.imageshack.us/img110/972/p1000361va0.jpg
http://img509.imageshack.us/img509/8045/p1000363gz1.jpg
http://img519.imageshack.us/img519/9601/p1000370ne5.jpg

Pour Fournir notre O2, nous avons tout simplement utilisé une bouteille d'O2 comprimé.
Pour fournir le H2 nous avons pris une réaction entre du fer de de l'acide chloridrique.

[invitec97c76c4]

Merci pour les photos...
je vois que les choses ont bien progréssé depuis la dernière fois...
je te dis dans pas trop longtemps ce que j'en pense si mon avis t'intéresses toujours... (pas ce soir)

[invite5d2173cf]

ok pas de probleme. Je chercherais a utiliser ce montage, mais de maniere moins empyrique a présent. La "classe" ultime pour moi serait de pouvoir controler le temps de réaction, histoire "d'impressionner les jury"!

[invitec97c76c4]

Bon je vois déjà un gros sinon un énorme problème:

A moins que je ne me trompe les deux électrodes sont reliés par une solution ionique.
Donc les bulles d'oxygène et les bulles de gaz peuvent sans problème se trouer sur l'une ou l'autre des électrodes. il y a alors un court circuit. Il faut absolument séparer les 2 compartiments.
Tu dois pouvoir utiliser un pont salin ou un gel d'agar-agar qui permettra aux ions de circuler mais pas aux réactifs.

[invite5d2173cf]

tout a fait. Mais je n'ai pas encore rencontré ce probleme de par la facon dont j'ai monté ma "pile".

Je ne connais pas du tout ce qu'est un pont salin peux-tu me renseigner?

[invitec97c76c4]

Grossièrement c'est un morceau de buvard imbibé d'une solution ionique (habituellement un sel genre Na Cl)
On l'appelle "pont" car il relie deux compartiments (regarde le lien pour plus de précision) et "salin" par ce qu'il est imbibé de sel...

http://home.scarlet.be/at_home/pile.htm
(ce qui est intéressant c'est la photo du montage.)

En salle de TP tu dois avoir de quoi monter une pile Daniell, tu pourrais faire la même chose, mais avec ton montage.

note: Ici c'est le gel d'agar-agar qui a été utilisé.

[invite5d2173cf]

ok merci. je vais voir vendredi avec mes profs ce que je peux faire.

[invite5d2173cf]

J'ai re effectué le montage de la semaine derniere, mais sans succes cette fois ci, apres toute vérifications possibles...
je n'ai donc pas pu voir pour le pont salin.

Avions nous eu de la chance la semaine derniere?