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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- Version courante de déc. 2023 par Claude LAMY, Michel CASSIR, Daniel HISSEL, Gilles TAILLADES
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3. Piles métal-air
3.1 Généralités
Les générateurs métal/air sont constitués d'anodes métalliques (pôle négatif) et de cathodes à oxygène (pôle positif) ; la source d'oxygène est généralement l'air ambiant. Ce sont des systèmes relevant à la fois des piles à combustible, des piles de première espèce ou, plus rarement, des batteries.
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Ces systèmes peuvent s'apparenter à une classe particulière de piles à combustible puisque l'élément oxydant, l'oxygène de l'air, qui réagit à la cathode, est approvisionné en continu. De même, la pile métal/air nécessite la présence d'éléments périphériques pour la circulation des fluides (air ou électrolyte). En outre, il ne faut pas perdre de vue que le rendement de ces systèmes est très rarement supérieur à 0,7 (sauf pour les très faibles puissances) et que la production d'électricité est toujours accompagnée d'un fort dégagement de chaleur, qu'il est nécessaire de dissiper. Ce point reste commun à toutes les piles à combustible.
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La capacité des piles métal/air ne dépend pas de réservoirs de carburant (hydrogène) annexes à la pile, mais, entre autres, de la masse des anodes. Celles-ci se consomment au cours de la réaction et doivent être remplacées mécaniquement en fin de décharge ; de manière plus exceptionnelle, pour le zinc, l'anode peut être reconstituée, comme pour une batterie, par inversion des polarités aux électrodes ; il y a alors réduction de l'oxyde de zinc en zinc à l'anode et électrolyse de l'eau en oxygène à la cathode. Cette recharge électrochimique n'est pas possible pour l'aluminium.
De ce point de vue, la pile métal/air s'apparente davantage à une pile de première espèce et plus exceptionnellement à une batterie.
HAUT DE PAGE3.2 Pile aluminium/air
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Le fonctionnement d’une pile aluminium/air à électrolyte...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GROVE (W.-R.) - * - Phil. Mag., 14 1839-127 ; 15-1839. 287.
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(2) - GROVE (W.-R.) - * - Phil. Mag., 21. 1842. 417.
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(3) - JACQUES (W.-W.) - * - Harper’s Magazine, 94. 1896. 114.
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(4) - BACON (F.-T.) - * - BEAMA Journal, 6. 1954. 61.
-
(5) - BACON (F.-T.) - * - Electrochim. Acta, 14 1969. 569.
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(6) - JUSTI (E.-W.), WINSEL (A.-W.) - * - Cold Combustion Fuel Cells, Steiner, Wiesbaden. 1962.
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(7) - IHRIG (H.-K.) - * - 11th Annual Earthmoving Industry Conference, SAE, Paper n S-253, Illinois 1960.
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