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1 - NOTIONS DE BASE

2 - SYSTÈME À PILE À COMBUSTIBLE

3 - LE CARBURANT, PRINCIPAL POINT FAIBLE ?

4 - CONCLUSION

5 - ANNEXE – FOURNISSEURS

Article de référence | Réf : D5570 v2

Annexe – Fournisseurs
Transport électrique routier – Véhicules à pile à combustible

Auteur(s) : Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER

Relu et validé le 10 mars 2021

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RÉSUMÉ

La pile à combustible est un convertisseur d'énergie chimique en énergie électrique. Il réalise par voie électrochimique la réaction entre un carburant, souvent l'hydrogène, et l'oxygène de l'air, pour produire de l'eau, de l'énergie électrique et de la chaleur. Les principaux freins au développement des véhicules électriques sont habituellement un manque d'autonomie et une recharge trop longue. Avec un stockage d'hydrogène sous forme comprimée à 350 ou 700 bars, les véhicules à pile à combustible permettent souvent de parcourir environ 500 km, pour une recharge d'une durée de 3 à 5 minutes. Même si des améliorations sont encore à réaliser notamment en ce qui concerne les coûts, les véhicules à pile à combustible apparaissent plus que jamais comme une alternative crédible aux véhicules actuels.

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ABSTRACT

Electrified Road Transport - Fuel Cell Vehicles

The fuel cell is an electrochemical device that converts chemical energy into electrical energy. It converts hydrogen, combined with oxygen from the air, into water, electricity and heat. The main obstacles to the development of electric vehicles are usually low autonomy and too-long recharge. With storage of hydrogen in compressed form at 350 or 700 bar, fuel cell vehicles usually reach 500 km or more of autonomy, with a refueling time of about 3– 5 minutes. Although cost reductions remain to be achieved, fuel cell vehicles appear more than ever as credible alternatives to existing vehicles.

Auteur(s)

INTRODUCTION

La pile à combustible est un convertisseur d'énergie chimique en énergie électrique, au même titre qu'une batterie. Les réactions électrochimiques associées à la production d'électricité ont lieu dans des électrodes, elles-mêmes séparées par un électrolyte. Dans le cas des batteries, les réactifs utilisés sont présents initialement dans les électrodes et sont consommés puis régénérés au fil des décharges et charges, tandis que dans le cas des piles à combustible, ces derniers sont apportés au fur et à mesure de leur consommation. De ce fait, les fonctions de stockage d'énergie et de production de puissance sont dissociées, avec d'une part un stockage dépendant uniquement de la taille du réservoir de carburant et d'autre part une puissance liée principalement à la taille de la pile.

Du fait de cette dissociation des fonctions, la densité d'énergie des systèmes à pile à combustible peut être augmentée à un niveau plus élevé que celle des batteries. La densité d'énergie des batteries actuelles, même pour les technologies Li/ion, reste un point limitant le développement des véhicules électriques à batterie, au même titre que la durée nécessaire à la recharge. En revanche, ces dernières années les prototypes de véhicules à pile à combustible développés par plusieurs constructeurs ont démontré la possibilité d'obtenir des véhicules électriques rechargeables rapidement, et possédant des performances et une autonomie similaire à celle des véhicules thermiques actuels. La plupart du temps ces véhicules contiennent également une batterie, ce qui rend ces technologies de stockage complémentaires, et non pas concurrentes.

Pour une étude générale sur les piles à combustible, le lecteur se reportera à l'article [D 3 340] de ce traité.

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KEYWORDS

efficiency   |   fuel cell   |   system analysis   |   hydrogen storage

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-d5570


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5. Annexe – Fournisseurs

Pour les applications automobiles, les piles à combustible et les systèmes associés sont désormais en général développés en interne par les constructeurs eux-mêmes. Dans le but de partager les coûts de développement de ces systèmes, certains constructeurs se sont associés en 2013/2014. Les principales alliances sont GM/Honda, Daimler/Ford/Nissan/Renault, et Toyota/BMW.

La situation est différente dans le cas des autres applications mobiles, comme les chariots-élévateurs, les bus ou encore les engins de chantier. Pour ces applications, plusieurs fournisseurs de piles et de systèmes proposent leurs produits, comme par exemple Ballard, Plug Power/Hypulsion, Hydrogenics, Nuvera, SymbioFcell. À noter que ce dernier propose entre autres une version à pile à combustible de la Renault Kangoo ZE. Les sites Internet de ces fournisseurs sont donnés dans la rubrique dédiée du Pour en savoir plus.

Les constructeurs automobiles les plus actifs et les plus avancés dans le domaine du véhicule à pile à combustible sont Daimler, General Motors, Honda, Hyundai, et Toyota. Les principaux démonstrateurs ayant été présentés par ces derniers sont listés dans les tableaux 6, 7, 8, 9 et 10. La plupart des autres constructeurs automobiles mondiaux ont également présenté des prototypes ces dernières années. Leur nombre est répertorié dans le tableau 5.

La F-Cell Class B a été produite à au moins 200 exemplaires livrés à partir de 2010 aux États-Unis et en Allemagne. Les utilisateurs de ces véhicules ont effectués plusieurs millions de kilomètres au total. À noter la réalisation d'un tour du monde en 125 jours par trois de ces véhicules en 2011.

La flotte de Chevrolet Equinox a parcouru au total plus de 3 millions de kilomètres depuis 2006.

La FCX Clarity a été la première voiture à pile à combustible au monde vendue à quelques dizaines d'exemplaires en leasing à des particuliers. En 2008, Honda a été le premier constructeur à développer un réseau de concessionnaires aptes à prendre en charge des véhicules à pile à combustible.

Les véhicules Tucson ont parcouru au total plus de 2 millions de...

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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) -   *  -  http://www.fuelcellpartnership.org/

  • (4) - ANDREASEN (S.J.), ASHWORTH (L.), SAHLIN (S.), BECKER JENSEN (H.-C.), KÆR (S.K.) -   Test of hybrid power system for electrical vehicles using a lithium-ion battery pack and a reformed methanol fuel cell range extender.  -  International Journal of Hydrogen Energy, 39(4), p. 1856-1863 (2014).

  • (5) - PATAKANGAS (J.), MA (Y.), JING (Y.), LUND (P.) -   Review and analysis of characterization methods and ionic conductivities for low-temperature solid oxide fuel cells (LT-SOFC).  -  Journal of Power Sources, 263, p. 315-331 (2014).

  • (6)...

1 Sites Internet

Sites hydrogène et piles à combustible

Ballard (Canada) http://www.ballard.com/

Fuel Cells 2000 http://www.fuelcells.org

Fuel Cell and Hydrogen Energy Association http://www.fchea.org

Daimler-Chrysler http://www.daimler.com/technology-and-innovation/drive-technologies/ fuel-cell

Plug Power http://www.plugpower.com/

Hydrogenics http://www.hydrogenics.com/

US Fuel Cell Council http://www.usfcc.com/

Nuvera http://www.nuvera.com/

Intelligent Energy http://www.intelligent-energy.com/

Johnson Matthey http://www.fuelcelltoday.com/

Portail d'information allemand http://www.hyweb.de/h2cars

California Fuel Cell Partnership http://www.cafcp.org/

General Motors Corp. http://www.gm.com

Toyota http://www.toyota.com

SymbioFCell http://www.symbiofcell.com/

Hypulsion http://www.hypulsion.fr/...

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