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1 - NOTIONS DE BASE

2 - SYSTÈME À PILE À COMBUSTIBLE

3 - LE CARBURANT, PRINCIPAL POINT FAIBLE ?

4 - CONCLUSION

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Article de référence | Réf : D5570 v2

Conclusion
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

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

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


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4. Conclusion

La plupart des constructeurs automobiles mondiaux préparent actuellement une mise sur le marché de véhicules à pile à combustible à court ou moyen terme. Les premiers à proposer des véhicules de petite série sont Hyundai et Toyota. Ce dernier est par ailleurs associé à BMW pour une production de véhicules à l'horizon 2020. General Motors et Honda se sont associés en 2013 pour développer en commun une motorisation à pile à combustible et sa chaîne de production, avec un objectif pour la commercialisation en grande série en 2020. Avant cela, les deux constructeurs prévoient des petites séries disponibles dès 2016. Daimler, Ford et Nissan ont fait de même en 2013, avec un objectif de production en 2017. Les constructeurs français, PSA et Renault, ont choisi d'investir ces dernières années dans le développement des véhicules électriques à batterie et hybrides rechargeables. Après deux décennies de recherches sur le sujet, notamment en partenariat avec le CEA , qui leur ont permis de présenter quelques démonstrateurs pertinents, leur implication dans le développement des véhicules à pile à combustible a fortement diminué au début des années 2010.

Tous les constructeurs s'accordent aujourd'hui sur la nature du stockage d'énergie à bord du véhicule : il s'agira d'hydrogène pur comprimé à 350 ou 700 bar. Depuis quelques années, des commissions de normalisation ont été créées au sujet de la gestion de l'hydrogène et de l'utilisation de piles à combustible : ISO/TC 197 pour l'hydrogène et ISO/TC 105 pour les piles à combustible.

Le retour d'expérience sur les véhicules à pile à combustible est aujourd'hui important, avec plusieurs millions de kilomètres parcourus au total par quelques centaines de véhicules dans le monde, dont certains ont dépassé les 200 000 km. Les principaux verrous technologiques freinant le déploiement de la technologie des piles PEMFC pour l'automobile sont aujourd'hui dépassés ou...

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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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