Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?
Une pile à combustible utilise l’énergie électrique générée lorsque l’hydrogène et l’oxygène réagissent pour former de l’eau. L’hydrogène est fourni à l’électrode de combustible et l’oxygène à l’électrode d’air à travers l’électrolyte pour provoquer une réaction. Par rapport à l’utilisation de combustibles fossiles, l’impact sur l’environnement est extrêmement faible et l’efficacité énergétique est excellente, de sorte qu’une variété d’utilisations existe.
Outre l’hydrogène lui-même, les combustibles fossiles tels que le gaz naturel, le GPL et le méthanol peuvent être utilisés comme source d’énergie en les reformant à l’aide d’un catalyseur, et sont utilisés en fonction du lieu et de l’utilisation.
Utilisations des piles à combustible
Lorsque les piles à combustible ont été mises au point, elles étaient installées dans les engins spatiaux pour extraire simultanément de l’électricité et de l’hydrogène. Aujourd’hui, leur utilisation la plus répandue est celle des générateurs domestiques.
Les générateurs domestiques à piles à combustible sont installés pour contribuer à la production d’électricité pendant les périodes de pointe et utilisent le gaz de ville comme source d’hydrogène pour la production d’électricité.
Un autre domaine qui attire l’attention est celui des véhicules à piles à combustible, qui présentent divers avantages tels qu’une longue autonomie sans besoin de recharge et un faible impact sur l’environnement. Ils sont maintenant sur le marché mais des problèmes restent à résoudre dans le développement des stations d’hydrogène et dans d’autres domaines lorsqu’ils sont compatibles avec un faible impact sur l’environnement.
Principe des piles à combustible
Il existe deux types de piles à combustible en fonction du type d’électrolyte utilisé : les piles à combustible à électrolyte polymère et les piles à combustible à oxyde solide.
La pile à combustible à électrolyte polymère se caractérise par l’utilisation d’une membrane échangeuse de cations à base de fluoropolymère comme électrolyte. Elle utilise du méthanol ou du gaz de ville comme combustible, en plus de l’hydrogène pur. En raison de leur structure relativement simple et de leur taille compacte, ces piles sont utilisées dans de nombreuses utilisations telles que les générateurs domestiques et les véhicules à piles à combustible. Des recherches sont actuellement menées pour réduire l’utilisation de catalyseurs à base de platine, ceux-ci étant coûteux.
Les piles à combustible à oxyde solide se caractérisent par l’utilisation de céramiques comme électrolytes et, comme le type d’électrolyte polymère, utilisent de l’hydrogène pur, du méthanol ou du gaz de ville comme combustible. La structure est plus simple que celle du type d’électrolyte polymère, l’efficacité théorique de la production d’énergie est plus élevée et les catalyseurs en platine coûteux ne sont pas nécessaires. Des vérifications et des améliorations sont en cours.
Avantages des piles à combustible
Les piles à combustible présentent les avantages suivants :
- Rendement élevé de la production d’électricité :
dans le cas de la production d’énergie thermique, la chaleur provenant de la combustion du combustible est utilisée pour produire de la vapeur, qui fait tourner une turbine pour produire de l’électricité. Dans ce cas, il y a perte d’énergie lorsque l’énergie chimique du combustible est convertie en énergie électrique par le biais de l’énergie thermique et cinétique. En outre, de l’énergie est également perdue lors du transport de l’électricité depuis la centrale électrique. En revanche, les piles à combustible domestiques ont un rendement de production d’électricité très élevé car elles convertissent l’énergie chimique directement en énergie électrique sans pertes de transmission. - Source d’énergie stable :
l’hydrogène utilisé dans les piles à combustible peut être obtenu à partir de diverses matières premières telles que le gaz de pétrole liquéfié, le gaz naturel, le pétrole, le méthanol et la biomasse. Cela garantit un approvisionnement stable en combustible. - Faible impact sur l’environnement :
la combustion d’un combustible, comme dans la production d’énergie thermique, produit non seulement du dioxyde de carbone, mais aussi des oxydes d’azote, des oxydes de soufre et d’autres polluants atmosphériques. Les piles à combustible, en revanche, sont très respectueuses de l’environnement car elles ne produisent que de l’eau lors de la production d’électricité. - Très silencieuses :
les piles à combustible ne nécessitent pas de turbines ou autres équipements et génèrent de l’électricité à partir de réactions chimiques uniquement. Aussi, elles sont très silencieuses et génèrent très peu de vibrations.
Les piles à combustible présentent donc de très bonnes caractéristiques mais sont actuellement confrontées à des défis tels que des coûts élevés et une courte durée de vie.