Pile à combustible

Enoncé

Une solution solide de composition % - % est utilisée comme membrane conductrice ionique entre et . Elle a une structure de type fluorine dans laquelle la présence de crée une importante concentration en lacunes d'ions oxydes. De part et d'autre du conducteur ionique, on dispose deux électrodes :

  • l'électrode (1) est constituée de ,

  • l'électrode (2) est constituée de .

Les métaux et les oxydes sont mélangés sous forme de poudre. Tous les constituants sont considérés comme pur dans leur phase, et leur activité sera donc prise égale à l'unité. Chaque couple « métal/oxyde » est en équilibre sous sa pression d'oxygène ( ou ). Les mesures de potentiel sont assurées par des fils de platine plongés dans les mélanges solides.

  1. Écrire les équations des réactions d'électrode et celle de la pile, sachant que le fer s'oxyde lorsque la pile débite.

  2. Établir une relation donnant la f.e.m. en fonction des pressions partielles de dioxygène et , qui sont les pressions partielles de dioxygène en équilibre avec les électrodes (1) et (2), à l'équilibre et à la température . A quel(s) type(s) de pile s'apparente ce type de dispositif ?

  3. La force électromotrice est mesurée pour quelques températures. Tracer la courbe étant la variation d'enthalpie libre standard de la réaction de la pile. En déduire et .

Donnée : Constante de Faraday .

T(K)

1150

1200

1250

1300

1350

E(mV)

246

251

256

261

266

Légende :
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