Propre, silencieuse: la pile à combustible pourrait révolutionner l'éclairage et le chauffage domestiques
Les piles sont donc des générateurs électrochimiques d'électricité qui, à la différence des batteries, n'ont pas besoin d'étre rechargés. Le combustible est obtenu à partir d'autres carburants, le gaz naturel principalement, mais aussi l'essence, le méthanol, la biomasse ou le gazole.
L'avantage de la pile est de fournir un courant continu qui ne nécessite pas de combustion directe dans l'air. Elle n'émet donc pas de gaz polluant ; ne comportant pas de turbine, elle est parfaitement silencieuse et offre un rendement énergétique total de 80 % (pour 25 à 30 % avec des moteurs à gaz de puissance similaire). Enfin, en fournissant chaleur et électricité elle permet au partìculier de ne plus dépendre d'un réseau de distribution collective. Toute l'organìsation classique du transport d'énergie est ainsi remise en question. Si l'expérience est concluante, il ne devrait plus être indispensable dans l'avenir de multiplier les grosses unités de production (centrales nucléaires ou turbines à gaz), reliées aux consommateurs par des lignes à haute, moyenne et basse tension. La pile à combustible n'avait jusqu'à présent qu'un défaut: son coût. En effet, les catalyseurs sont en platine et les membranes sont extrémement fines et donc difficiles à produire. Voilà pourquoi cet équipement est longtemps resté confiné dans des secteurs de pointe, comme l'industrie spatiale. Dans la dernière période, la quantité de métal nécessaire a été divisée par cinq et une fibre synthétique (le Gore-Tex) est utilisée pour les membranes. On peut donc s'attendre à trouver prochainement sur le marché des piles à combustible adaptées à la maison individuelle.
Une pile à combustible fonctionne sur le même principe qu'une batterie mais celle-ci est continuellement alimentée en combustible. La réaction électro-chimique qui est une combustion lente, dans laquelle l'oxygène et l'hydrogène se combinent pour former de l'eau, crée un courant électrique et de la chaleur. Elle est donc une centrale de cogénération. Il existe différents types de piles à combustible, mais elles sont toutes organisées autour d'un concept central qui consiste en deux électrodes: une électrode négative et une électrode positive. Elles sont séparées par une électrolyte solide ou liquide qui transporte les particules chargées élecriquement entre les deux électrodes. Un catalyseur, tel que le platine, est souvent utilisé pour accélérer les réactions au niveau des électrodes.
Animation: principe de la pile à combustible (Document CEA)
Description | Électrolyte | Ions mis en œuvre | Gaz/liquide à l'anode | Gaz à la cathode | Puissance | Température de service | Rendement électrique | Maturité | Domaine |
AFC-pile à combustible alcaline (Alcaline Fuel Cell) |
Hydroxyde de potassium |
OH– | dihydrogène | dioxygène | 10 à 100 kW | 60 °C à 90 °C |
Stack : 60-70 % Système : 62 % | Commercialisé/ Développement | Portable, transport |
DBFC – Pile à combustible à hydrure de bore direct (Direct Bore Fuel Cell) |
Membrane protonique Membrane anionique | H+ OH– | NaBH4 liquide | dioxygène | 250mW/cm² | 20 °C à 80 °C |
50% |
Développement |
portable <20W |
PEMFC – Pile à combustible à membrane d'échange de protons (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) |
Membrane polymère | H+ | dihydrogène | dioxygène | 0,1 à 500 kW | 60 °C à 100 °C |
Stack : 50-70 % Système : 30–50 % | Commercialisé/ Développement | portable, transport, stationnaire |
DMFC – Pile à combustible à méthanol direct (Direct Methanol Fuel Cell) |
Membrane polymère | H+ | méthanol | dioxygène | mW à 100 kW | 90 °C à 120 °C |
Stack : 20–30 % | Commercialisé/ Développement | transport, stationnaire |
DEFC – Pile à combustible à éthanol direct (Direct Ethanol Fuel Cell) |
90 °C à 120 °C |
Développement | |||||||
FAFC – Pile à combustible à acide formique (Formic Acid Fuel Cell) |
90 °C à 120 °C |
Développement | |||||||
PAFC – Pile à combustible à acide phosphorique (Phosphoric Acid Fuel Cell) |
Acide phosphorique | H+ | dihydrogène | dioxygène | jusqu'à 10 MW | environ 200 °C |
Stack : 55 % Système : 40 % |
Développement | transport, stationnaire |
MCFC – Pile à combustible à carbonate fondu (Molted Carbonate Fuel Cell) |
Carbonate de métaux alcalins | CO32– | dihydrogène, Méthane, Gaz de synthèse | dioxygène | jusqu'à 100 MW | environ 650 °C |
Stack : 55 % Système : 47 % |
Développement/ Mise sur le marché | stationnaire |
PCFC – Pile à combustible à céramique protonante (Proton Ceramic Fuel Cell) |
700 °C | Développement | |||||||
SOFC – Pile à combustible à oxyde solide (Solid Oxide Fuel Cell) |
Céramique |
O2– | dihydrogène, Méthane, Gaz de synthèse | dioxygène | jusqu'à 100 MW | 800 °C à 1050 °C |
Stack : 60–65 % Système : 55–60 % | Développement | stationnaire |
Les piles à combustible sont développées et fabriquées actuellement pour une large gamme d'applications: les applications militaires sont attendues à devenir un large marché pour les piles à combustibles, ainsi que pour les dispositifs électroniques portables tels que les organiseurs. Le développement de piles à combustible pour l'industrie du transport est également un vaste marché, ainsi que celui des systèmes de puissance fixes destinés au marché résidentiel et des utilités.