Quelques mots sur la pile à combustible

Bien que considérée comme une technologie "Nouvelle" d'énergie, et générateur de l'avenir, la pile à combustible date du milieu du 19ème siècle…
A cette époque, bon nombre de chercheurs étudiaient le phénomène de l'électrolyse de l'eau…
L'un d'entre eux, R. Grove observait l'apparition d'hydrogène, à l'anode, et d'oxygène, à la cathode, lorsqu'il faisait passer un courant entre deux électrodes de platine, plongées dans de l'eau acidulée.
Il découvrit, que lorsqu'il recueillait ces gaz, en mettant des éprouvettes autours des électrodes, et qu'il coupait le courant, un phénomène inverse se produisait, C'est ainsi qu'est arrivée "the gazeous voltaic battery".

Repris par la Nasa, pour des besoins spatiaux, ce n'est véritablement qu'en 1973, en pleine crise pétrolière que des financements importants s'ouvrirent aux chercheurs du monde entier (entre autre au Centre de Recherches de la CGE, futur ALCATEL et où je fus pleinement impliqué).

Le principe de base est le même que celui de l'électrolyseur,…donc la présence de 2 électrodes alimentées, l'une par l'hydrogène, l'autre par de l'oxygène, séparées par un électrolyte solide ou liquide. En présence d'un catalyseur, la réaction électrochimique d'oxydoréduction se réalise…
Beaucoup de travaux ont été effectués et ont abouti à de nombreux type de piles à combustibles…le plus répandu est celui de la pile PEMFC (Proton Exhange Membrane Fuel Cell).
Aujourd'hui, la "pile à combustible" est un générateur électrique constitué d'un ensemble de cellules élémentaires.
Dans ces dernières, on introduit d'un côté de l'hydrogène moléculaire (H2), de l'autre de l'oxygène, et les deux s'assemblent pour former de l'eau : il y a, alors émission de chaleur et d'électrons.
Tout cela est simple, mais la technologie des composants est complexe. Ainsi pour les électrodes, il faut assurer la conduction électronique (pour l'anode), la conduction protonique (pour la cathode), contenir les particules de catalyseur (le platine), assurer le passage des molécules d'hydrogène et d'oxygène , assurer l'évacuation de l'eau et celui de chaleur, etc…
Il en est de même pour la membrane électrolytique qui doit avoir une excellente conductivité ionique mais nulle électronique. Elle existe mais complexe et onéreuse. Il en est de même de la plaque bipolaire.
Ensuite, on assemble toutes ces cellules en série; Ainsi par exemple, il faudra 200 cellules de 800 cm2 chacune pour avoir 56 kW sous 140 volts, débitant 400 ampères. L'ensemble s'appelle un module.


Rendement ? Rapport entre énergie utile récupérée et énergie chimique injectée
= environ 83% à 25°C et 91% à 150°C (40% pour le moteur essence et 55%pour le diesel)
N.B. : la limitation thermodynamique n'est plus régie par Carnot mais par Faraday, mais le résultat est comparable.
Coût ?
= 3 à 4000 €/W le module en petite série, bientôt 500 €/W en série, mais loin de l'objectif
30 €/W.
Durée de vie?
= environ 100 000  heures, soit 10 ans en continue (selon la NASA)





La conception actuelle d'un véhicule est classiquement le modèle "sequel" :

1.    Le réservoir d'hydrogène composé de trois cylindres longitudinaux (pression sous 700 bars), placé sous l'habitacle
2.     Le module pile à combustible, vers l'avant, près des contrôles et du refroidissement
3.    Le bloc de batteries à l'arrière
4.    Les quatre roues, équipées chacune d'un moteur électrique


En conclusion la pile à combustible serait la pile inusable, elle produit de l'électricité tant qu'il y a de l'hydrogène et de l'air. Elle est propre (n'émet que de l'eau), silencieuse, possède un très bon rendement. Mais sa mise en œuvre est complexe et chère. Beaucoup d'applications apparaissent pour l'alimentation des portables, mobiles et autres appareils nomades.