Livre étudiant – Stockage de l’énergie électrique

1.Sous quel forme l'énergie est-elle ici stockée ?

2.Ecrire les deux demi-équations d'oxydation et de réduction puis la réaction d'électrolyse de l'eau avec un coefficient stoechiométrique \(1\) pour le dioxygène.

3.Compléter la Table 1 en indiquant les enthalpies standards de formation de \(H_{2 (g)}\) et \(O_{2 (g)}\).

4.Lequel des deux sens de cette réaction est exothermique ? Dans quel sens faut il utiliser cette réaction chimique afin de stocker de l'énergie ?

5.Compléter les schémas de la Figure 1 en indiquant : (i) la nature de chaque électrode (anode ou cathode) et la demi-réaction qui s'y produit ; (ii) le sens de circulation des électrons dans le circuit extérieur, (iii) le pôle (+ ou -) de chaque électrode.

6.Rappeler l'approximation d'Ellingham. En ce plaçant dans cette approximation, donner la l'évolution de l'enthalpie libre standard \(\Delta_rG^\circ _{T,P}\) de la réaction en fonction de la température en précisant le sens de la réaction que vous considérez. Faire l'application numérique à \(25^\circ\)C.

7.Donner l'évolution de la force électromotrice de la pile en fonction de la température. Faire l'application numérique à \(25^\circ\)C.

8.Calculer le quotient réactionnel de cette réaction et en déduire l'enthalpie libre en fonction de l'avancement de la réaction \(\xi\).

9.Montrer que l'enthalpie libre produite lors d'une réaction d'avancement \(\xi\) vérifie l'égalité suivante : \(\Delta G=W_{el}-TS_c\) où \(W_{el}\) est le travail électrique associé à cette réaction et \(S_c\) est l'entropie créée. Quelle est la valeur maximale de \(|W_{el}|\) et quand celle-ci est elle atteinte ?

10.Notons \(Q\) la chaleur générée par la réaction pour un avancement \(\xi\) dans le cas où le dihydrogène et l'oxygène sont directement mélangés ensemble (ie sans générer d'électricité). Exprimer \(Q\) en fonction de \(\xi\) et des données de l'énoncé.

11.On définit le rendement \(\eta\) de la pile lors de la décharge comme le rapport entre l'énergie électrique maximale fournie par la réaction d'oxydoréduction dans la pile et l'énergie fournie par la réaction lorsque les réactifs sont directement mélangés ensemble. Faire l'application numérique. Discuter les limites de cette définition du rendement.

12.En considérant un réservoir de \(80\)L, combien de moles de dihydrogène peut il contenir ?

13.En supposant la réaction totale, quelle est la quantité d'énergie que cette pile peut produire ?

14.Sachant que la combustion d'un litre d'essence produit \(33,6\) MJ, discuter de l'intérêt et des limites de l'utilisation d'une pile à combustible pour faire fonctionner une voiture.