Les piles à combustible

Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?

Une pile à combustible est un appareil qui converti l’énergie chimique d’un combustible en électricité au travers une réaction chimique contrôlée avec l’oxygène ou d’un autre oxydant.

Les piles à combustibles se distinguent des batteries et des piles par le fait qu’elles ont besoin d’un apport constant de combustible pour fonctionner, mais que leur production d’électricité est constante tant que le combustible est approvisionné.

La pile à combustible est un générateur de courant à haut rendement énergétique. Celui-ci est généralement proche de 50%.

Le tableau ci-dessous compare les piles à combustibles aux solutions de production d’électricité classiques batteries et groupes électrogènes

 

 Pile à combustibleBatterieGroupe électrogène diesel
ModularitéOOX

Autonomie

OXO
Impact EnvironnementalOXX
MaintenanceOXX
Fonctionnalité/Flexibilité/DisponibilitéOOX

 

 

Principe de fonctionnement des piles combustibles à hydrogène (PEMFC)

Une PEMFC transforme l'énergie chimique libérée durant la réaction électrochimique du dihydrogène (H2) et du dioxygène (O2) en énergie électrique, processus "opposé" à la réaction thermochimique de ces deux corps produisant de l'énergie thermique. Un jet d'hydrogène est dirigé vers le côté anode de l'assemblage de la membrane-électrode (MEA). Il est à cet instant divisé catalytiquement en protons et électrons. Cette réaction d'oxydation dans la demi-cellule est décrite par :

H2 " 2H+ + 2e-

 

Dans le même temps, un flux d'oxygène est dirigé du côté cathode du MEA. Les molécules de dioxygène réagissent avec les protons traversant la membrane électrolyte polymère et les électrons arrivant par le circuit externe afin de former des molécules d'eau. Cette réaction de réduction dans la demi-cellule électrolytique est :

4H+ + 4e- O2 " 2H2O

 

 

pach2 


 

Principe de fonctionnement des piles combustibles à méthanol (DMFC)

Les DMFC sont basées sur l'oxydation du méthanol sur une couche de catalyseur afin de former du dioxyde de carbone. De l'eau est consommée à l'anode et est produite à la cathode. Les protons (ion H+) sont transportés au travers de la membrane échangeuse de protons vers la cathode où ils réagissent avec de l'oxygène afin de produire de l'eau. Les électrons sont transportés via un circuit externe de l'anode vers la cathode, procurant ainsi de l'énergie aux équipements externes.

Les demi-réactions sont :

  • Anode :         CH3OH + H2O → CO2 + 6 H+ + 6 e-
  • Cathode :      O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O

Ce qui donne globalement : 2CH3OH + 3 O2 → 2CO2 + 4 H2O

Puisque l'eau est consommée à l'anode lors de la réaction, le méthanol pur ne peut pas être utilisé sans réserve d'eau de démarrage. Par la suite, c’est l’eau produite à la cathode qui est condensée et réutilisée.

Efoy

 

 

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