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Auteur(s)
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Renaut MOSDALE : Docteur-ingénieur en électrochimie - Chercheur - Responsable de la thématique Matériaux et Électrochimie pour la pile à combustible de type PEMFC au Laboratoire Hydrogène et Pile à combustible - Commissariat à l’énergie atomique-Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
La principale différence entre une pile à combustible (PAC) et une batterie provient du fait qu’une pile à combustible fonctionne tant qu’elle est alimentée en combustible et en comburant, et ne nécessite donc pas de recharge électrique. Si, dans le cas d’une batterie, les électrodes contiennent la matière active qui sera consommée et régénérée au gré des décharges et charges, les électrodes d’une pile à combustible ne contiennent que les catalyseurs nécessaires aux réactions, les réactifs provenant de réservoirs extérieurs. Cette différence primordiale permet, dans un système à pile à combustible, de séparer l’énergie contenue dans le carburant de la puissance résultant de la taille de la pile, et devrait aboutir à des véhicules électriques aussi performants que les véhicules thermiques actuels et possédant une autonomie comparable.
Pour une étude générale sur les piles à combustible, le lecteur se reportera à l’article [D 3 340] de ce traité (référence [6]).
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- Version courante de nov. 2015 par Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER
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1. Notions de base
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 1 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).
La pile à combustible est l’invention de Sir William Grove, avocat, philosophe et chimiste anglais du xixe siècle, qui développa, sur ses propres deniers et à l’aide de grande quantité de platine fournie gracieusement alors par Johnson Matthey, des cellules de piles à combustible (1839-1849) [1].
En 1889, Ludwig Mond et Carl Langer furent les premiers à donner à la pile à combustible son nom et sa forme actuelle : des cellules connectées en série par des plaques bipolaires [2]. Ils purent obtenir des courants de 2 à 2,5 A (environ 3 mA/cm2) pour une surface de 700 cm2 à une tension de cellule de l’ordre de 0,73 V et pour un chargement total en platine de 1 g de noir de platine (soit 1,43 mg de platine par cm2). Ces résultats constituent les premiers éléments chiffrés représentatifs d’un calcul d’ingénieur pour une application stationnaire. Un kilowatt électrique aurait demandé environ un kilogramme de platine soit environ 12 000 € [3]. Ce coût prohibitif mit un frein important à leurs travaux.
Les premières applications « automobiles » firent leur apparition sous forme de démonstrateurs à la fin des années mil neuf cent cinquante, à la suite des travaux de F.T. Bacon à l’université de Cambridge,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIMES (P.G.) - Historic pathways for fuel cells - . The new electric century. IEEE AES Systems Magazine, p. 7-10 (déc. 2000).
-
(2) - MOND (L.), LANGER (C.) - A new form of gas battery - . Phil. Mag., vol. 46, p. 296-304 (1889).
-
(3) - BACON (F.T.) - Fuel cells, past, present and future - . Electrochimica Acta, vol. 14, p. 569-585 (1969).
-
(4) - MOSDALE (R.), ESCRIBANO (S.) - * - Clefs CEA no 44, p. 51 (hiver 2000-2001).
-
(5) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Analysis of performance and of water and thermal management in proton exchange membrane fuel cells - . Electrochimica Acta, vol. 40, no 4, p. 413-421 (1995).
-
(6) - STEVENS, al - Piles à combustible - . [D 3 340]. Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique (2000).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Club français « Piles à combustible » http://www.clubpac.net
Ballard (Canada) http://www.ballard.com/
Fuel Cells 2000 http://www.fuelcells.org
Daimler-Chrysler http://www.daimlerchrysler.de/
Programme US PNGV http://www.ta.doc.gov/pngv/
Société Plug Power http://www.plugpower.com/
US Fuel Cell Council http://www.usfcc.com/
Nuvera http://www.nuvera.com/
XCELLSIS (ex-dbb) http://www.xcellsis.com/
Johnson Matthey http://www.fuelcelltoday.com/
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