Présentation
Auteur(s)
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Philippe STEVENS : Chef de projet Piles à combustible à l’Électricité de France (EDF)
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Frédéric NOVEL-CATTIN : Ingénieur - Direction de la Recherche – Renault
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Abdel HAMMOU : Professeur LEPMI/INP Grenoble
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Claude LAMY : Professeur - Directeur du Laboratoire Électrocatalyse UMR CNRS n 6503, Poitiers
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Michel CASSIR : Maître de conférences - Responsable de l’équipe Piles à combustible et catalyse en milieu sels fondus – Laboratoire d’Électrochimie et chimie analytique - École Nationale Supérieure de Chimie de Paris (ENSCP)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les avantages environnementaux des piles à combustible (rendements électrique et énergétique élevés, très faibles émissions de gaz nocifs, faible nuisance sonore, production localisée…) sont des atouts qui deviennent importants pour notre société. Cependant, ils ne sont pas suffisants si les coûts d’investissement sont trop élevés ; c’est sur ce critère que les efforts les plus importants restent à faire pour que cette technologie soit utilisée.
Depuis leur invention en 1839, les piles à combustible ont subi un développement cyclique, le cycle précédent datant des années 1970. Les perspectives d’un développement commercial n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de plusieurs grands groupes industriels et de constructeurs automobiles. Les filières gagnantes seront probablement celles utilisant un électrolyte solide : les PEMFC et les SOFC. Ces deux technologies ont maintenant atteint le niveau de prototype et un début de commercialisation est possible avant 2005. Elles ont toutes les deux une bonne compacité, de bonnes perspectives de réduction de coût et des durées de vie suffisantes (40 000 heures).
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VERSIONS
- Version courante de déc. 2023 par Claude LAMY, Michel CASSIR, Daniel HISSEL, Gilles TAILLADES
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Piles métal-airArticle inclus dans l'offre
"Conversion de l'énergie électrique"
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2. Différentes filières de piles à combustible
2.1 Présentation
Différentes familles de piles à combustible ont été développées. Les piles hydrogène/oxygène (air) sont classées selon la nature de l'électrolyte (tableau 1).
Les principales applications envisagées, avec la puissance électrique correspondante, sont les suivantes :
1. production décentralisée électrogène (jusqu’à la centaine de mégawatts) ;
2. cogénération industrielle ou centralisée (jusqu’à 50 MW) ;
3. cogénération tertiaire (jusqu’à 250 kW) ;
4. cogénération maison individuelle (1 à 10 kW) ;
5. alimentation de sites isolés (10 à 200 kW) ;
6. secours et qualité (jusqu’à 200 kW) ;
7. véhicule électrique (environ 50 kW) ;
8. bus (environ 200 kW) ;
9. navires et sous-marins (par modules de 200 à 500 kW) ;
10. applications portables (1 à 100 W) ;
11. engins spatiaux (10 à 50 kW).
L'hydrogène utilisé est soit stocké dans des bouteilles de gaz comprimé ou dans des vases Dewar d'hydrogène liquéfié ou dans des hydrures métalliques, soit produit par reformage à l'eau de différents combustibles : gaz naturel (CH 4), charbon, méthanol, propane, distillat liquide, naphta…
Le reformage peut se faire à l'extérieur de la pile (piles à basses températures, telle que PAFC, AFC ou PEMFC) ou, mieux, à l'intérieur de la pile (piles à hautes températures : MCFC ou SOFC), ce qui augmente les rendements et diminue les coûts de fabrication. Le principe du reformage à l'eau (vaporeformage) est illustré dans le cas du méthane (composant principal du gaz naturel) :
réaction à laquelle il faut ajouter la réaction du gaz à l'eau :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GROVE (W.-R.) - * - Phil. Mag., 14 1839-127 ; 15-1839. 287.
-
(2) - GROVE (W.-R.) - * - Phil. Mag., 21. 1842. 417.
-
(3) - JACQUES (W.-W.) - * - Harper’s Magazine, 94. 1896. 114.
-
(4) - BACON (F.-T.) - * - BEAMA Journal, 6. 1954. 61.
-
(5) - BACON (F.-T.) - * - Electrochim. Acta, 14 1969. 569.
-
(6) - JUSTI (E.-W.), WINSEL (A.-W.) - * - Cold Combustion Fuel Cells, Steiner, Wiesbaden. 1962.
-
(7) - IHRIG (H.-K.) - * - 11th Annual Earthmoving Industry Conference, SAE, Paper n S-253, Illinois 1960.
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