Notions de base
Piles à combustible appliquées aux véhicules

1.1 Les différents types de pile

Depuis les années mil neuf cent soixante et le début des programmes spatiaux américains de R&D sur les piles à combustible, plusieurs types de classifications ont été utilisés, basés sur des critères tels que le combustible, la température d’utilisation, la nature de l’électrolyte, la géométrie des systèmes, etc. À présent la communauté scientifique a adopté une classification par type d’électrolyte (correspondant le plus souvent à une température de fonctionnement). Le tableau décrit, pour chaque type de pile, les réactions aux électrodes, les catalyseurs utilisés et l’ion transporté dans l’électrolyte.

Si de nombreuses applications sont envisageables pour ces différents types de piles, en ce qui concerne le transport terrestre public ou particulier, seules les piles AFC et PEMFC ont, à ce jour, été utilisées pour la traction, et les piles SOFC envisagées comme source auxiliaire de puissance (APU).

1.1.1 Piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC)

Dans les PEMFC, l’électrolyte utilisé est une membrane polymère à conduction protonique assurée par des fonctions sulfoniques. La classe de produit commercial la plus couramment employée est une membrane perfluorosulfonique, c’est-à-dire que la fonction acide est de type sulfonique et que tous les atomes d’hydrogène associés à des carbones ont été remplacés par des atomes de fluor. Cette substitution permet d’obtenir une acidité très supérieure à celle des acides forts conventionnels (acide sulfurique, chlorhydrique, perchlorique, etc.), et d’assurer à ce polymère proche du Téflon® une grande stabilité chimique dans des environnements réducteurs et oxydants que sont respectivement les milieux anodiques et cathodiques de la pile. Cette membrane est par ailleurs très hydrophile et nécessite d’être parfaitement hydratée pour une conductivité protonique optimale. En effet, le mode de conduction se rapproche fortement d’une conduction liquide pour laquelle le proton est solvaté, lors de son déplacement, par plusieurs molécules d’eau. La température de fonctionnement...