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Jean-François FAUVARQUE
l'énergie étant apportée par la quantité de réactifs transportée dans des réservoirs
appropriés. Ces réactifs sont classiquement des fluides, généralement de l'hydrogène pour l'électrode négative alors qu'à la cathode, celle-ci utilise l'oxygène présent dans l'air environnant, qui n'est donc pas transporté. Cette fois, l’avantage
paraît être à l’hydrogène (40 kWh/kg) par rapport aux hydrocarbures, mais c’est
oublier que les meilleures façons de stocker l’hydrogène ont une capacité de l’ordre
de 7%. L’avantage principal de la pile à combustible est double : elle produit de
l’eau non-polluante ; son rendement énergétique est très élevé, notamment en
cogénération. Bien sûr, à puissance maximum, le rendement électrique sera inférieur à 50%, mais à basse puissance il peut atteindre et dépasser 70%, bien supérieur à celui des moteurs thermiques.
Les difficultés associées aux piles à combustible sont la complexité des électrodes
à gaz : à la double percolation ionique et électronique doit s’ajouter une percolation
gazeuse, et le mauvais fonctionnement de l’électrode à air qui présente une surtension élevée, surtout à basse température, même en utilisant des catalyseurs à
base de métaux nobles.
Dans les applications aux transports particuliers, la seule technologie qui apparaît
utilisable actuellement est celle des piles à membrane dites « PEMFC » notamment. En effet, l’utilisation d’un électrolyte solide, conducteur ionique sélectif, permet d’éviter le noyage et l’assèchement des électrodes liés aux modifications
de régime. La puissance massique du cœur de pile est dans ce cas de l'ordre de
500 W/kg, mais son coût du kilowattheure reste encore trop élevé pour observer
une généralisation de ce type de système. Les coûts les plus importants sont ceux
de la membrane (en polymère perfluoré pour résister à l’oxydation) et ceux des
plaques bipolaires qui assurent la jonction électrique entre éléments, mais aussi
l’arrivée et la distribution des gaz, l’évacuation de l’eau et de la chaleur.
Dans le domaine stationnaire, d'autres filières existent comme celle à l'acide phosphorique fonctionnant vers 200°C, celle comportant des carbonates fondus fonctionnant vers 700/850°C, celles à électrolyte composé d'oxydes conducteurs ioniques
fonctionnant à 850/1000°C. L'avantage de ces deux derniers systèmes est qu'ils
permettent l'utilisation d'à peu près n'importe quel carburant, mais ne sont envisageables facilement que pour de gros systèmes.
Actuellement, seules les piles alcalines sont commercialisées, toutes les autres
sont à l’état de piles de démonstration ou en développement. Mais les usines de
production de PEMFC devraient commencer à produire en 2002.
23.5.2. SYSTÈMES RÉDOX
Comme les piles à combustible, les systèmes rédox sont des systèmes ouverts. Ils
ont pour objectif de stocker l’énergie électrique excédentaire sous forme de fluides
contenus dans des réservoirs adaptés et de la restituer à la demande. Théorique-
Jean-François FAUVARQUE
l'énergie étant apportée par la quantité de réactifs transportée dans des réservoirs
appropriés. Ces réactifs sont classiquement des fluides, généralement de l'hydrogène pour l'électrode négative alors qu'à la cathode, celle-ci utilise l'oxygène présent dans l'air environnant, qui n'est donc pas transporté. Cette fois, l’avantage
paraît être à l’hydrogène (40 kWh/kg) par rapport aux hydrocarbures, mais c’est
oublier que les meilleures façons de stocker l’hydrogène ont une capacité de l’ordre
de 7%. L’avantage principal de la pile à combustible est double : elle produit de
l’eau non-polluante ; son rendement énergétique est très élevé, notamment en
cogénération. Bien sûr, à puissance maximum, le rendement électrique sera inférieur à 50%, mais à basse puissance il peut atteindre et dépasser 70%, bien supérieur à celui des moteurs thermiques.
Les difficultés associées aux piles à combustible sont la complexité des électrodes
à gaz : à la double percolation ionique et électronique doit s’ajouter une percolation
gazeuse, et le mauvais fonctionnement de l’électrode à air qui présente une surtension élevée, surtout à basse température, même en utilisant des catalyseurs à
base de métaux nobles.
Dans les applications aux transports particuliers, la seule technologie qui apparaît
utilisable actuellement est celle des piles à membrane dites « PEMFC » notamment. En effet, l’utilisation d’un électrolyte solide, conducteur ionique sélectif, permet d’éviter le noyage et l’assèchement des électrodes liés aux modifications
de régime. La puissance massique du cœur de pile est dans ce cas de l'ordre de
500 W/kg, mais son coût du kilowattheure reste encore trop élevé pour observer
une généralisation de ce type de système. Les coûts les plus importants sont ceux
de la membrane (en polymère perfluoré pour résister à l’oxydation) et ceux des
plaques bipolaires qui assurent la jonction électrique entre éléments, mais aussi
l’arrivée et la distribution des gaz, l’évacuation de l’eau et de la chaleur.
Dans le domaine stationnaire, d'autres filières existent comme celle à l'acide phosphorique fonctionnant vers 200°C, celle comportant des carbonates fondus fonctionnant vers 700/850°C, celles à électrolyte composé d'oxydes conducteurs ioniques
fonctionnant à 850/1000°C. L'avantage de ces deux derniers systèmes est qu'ils
permettent l'utilisation d'à peu près n'importe quel carburant, mais ne sont envisageables facilement que pour de gros systèmes.
Actuellement, seules les piles alcalines sont commercialisées, toutes les autres
sont à l’état de piles de démonstration ou en développement. Mais les usines de
production de PEMFC devraient commencer à produire en 2002.
23.5.2. SYSTÈMES RÉDOX
Comme les piles à combustible, les systèmes rédox sont des systèmes ouverts. Ils
ont pour objectif de stocker l’énergie électrique excédentaire sous forme de fluides
contenus dans des réservoirs adaptés et de la restituer à la demande. Théorique-