24 - LES PILES À COMBUSTIBLE
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Cette technologie est simple et pourrait permettre d’atteindre des coûts assez bas
mais, de par son principe, elle est handicapée par un inconvénient sérieux lié à la
nécessité de devoir traiter l’air (source de comburant oxygène pour la pile) pour éliminer le CO 2 , polluant majeur de la potasse électrolyte.
LA PILE PEMFC
Ce type de pile est celui sur lequel sont actuellement concentrés les plus gros efforts
de développement. Ce constat tient au fait que la pile PEM a été retenue, par tous
les grands constructeurs automobiles, comme convertisseur électrochimique des
véhicules légers du futur. Ces efforts de recherche pour augmenter les performances et diminuer le coût, aussi bien de la pile elle-même que de ses périphériques,
sont à la hauteur de l’enjeu, c’est-à-dire considérables : par exemple, l’Alliance Ballard - DaimlerChrysler - Ford avait déjà investi fin 1999 plus d’un milliard de dollars
sur le sujet, en moins de 3 ans ! A en croire ces constructeurs, le véhicule à pile à
combustible est destiné à être fabriqué en petites séries à partir de 2005, et à remplacer le véhicule thermique actuel à partir de 2015. Autour de ce développement se
sont ensuite greffées de nombreuses applications portables et stationnaires dans
toutes les gammes de puissances, depuis le watt jusqu’à quelques centaines de
kilowatts.
Ce type de pile a des qualités mais souffre aussi de quelques défauts inhérents à
sa technologie actuelle :
le catalyseur platine utilisé à l’anode et à la cathode pour les réactions d’oxydation
et réduction est un métal précieux, donc cher. On cherche donc à en minimiser
la quantité déposée, qui est actuellement de l’ordre de 0,02 mg/cm
2 d’électrode,
ce qui représente une bonne dizaine de grammes pour un véhicule. En dehors du
fait qu’il faudra prévoir de le récupérer, ce platine est très sensible à l’empoisonnement par le CO (monoxyde de carbone), au-dessus d’une quantité de l’ordre
de 10 ppm. Or l’hydrogène obtenu à partir de reformeurs, embarqués ou fixes,
contient du CO qu’il est nécessaire de retenir par des procédés coûteux (membranes au palladium ou étage supplémentaire d’oxydation en CO 2 ), sans oublier
le risque de pollution au CO par l’air extérieur alimentant la cathode. Certaines
solutions prévoient d’ajouter au platine un catalyseur d’oxydation du CO à base
de ruthénium, mais ce métal est cher et très toxique ; une autre solution consisterait à augmenter la température de fonctionnement de la pile autour de 130150°C, ce qui permettrait de monter le seuil de sensibilité au CO à 200 ppm au
lieu de 10 ppm.
La chaleur de réaction électrochimique à évacuer est disponible autour de 70-80°C,
c’est-à-dire à une température de 30 à 40° inférieure à celle de l’eau de refroidissement d’un moteur thermique, ce qui augmente considérablement la taille de
l’échangeur thermique actuel (radiateur) à mettre en place sur un véhicule, d’où
des difficultés d’intégration et des augmentations de coût. La solution est donc
– pour les applications mobiles – de faire fonctionner la PEMFC autour de 130150°C … mais l’électrolyte adapté en est toujours au stade de la recherche !
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Cette technologie est simple et pourrait permettre d’atteindre des coûts assez bas
mais, de par son principe, elle est handicapée par un inconvénient sérieux lié à la
nécessité de devoir traiter l’air (source de comburant oxygène pour la pile) pour éliminer le CO 2 , polluant majeur de la potasse électrolyte.
LA PILE PEMFC
Ce type de pile est celui sur lequel sont actuellement concentrés les plus gros efforts
de développement. Ce constat tient au fait que la pile PEM a été retenue, par tous
les grands constructeurs automobiles, comme convertisseur électrochimique des
véhicules légers du futur. Ces efforts de recherche pour augmenter les performances et diminuer le coût, aussi bien de la pile elle-même que de ses périphériques,
sont à la hauteur de l’enjeu, c’est-à-dire considérables : par exemple, l’Alliance Ballard - DaimlerChrysler - Ford avait déjà investi fin 1999 plus d’un milliard de dollars
sur le sujet, en moins de 3 ans ! A en croire ces constructeurs, le véhicule à pile à
combustible est destiné à être fabriqué en petites séries à partir de 2005, et à remplacer le véhicule thermique actuel à partir de 2015. Autour de ce développement se
sont ensuite greffées de nombreuses applications portables et stationnaires dans
toutes les gammes de puissances, depuis le watt jusqu’à quelques centaines de
kilowatts.
Ce type de pile a des qualités mais souffre aussi de quelques défauts inhérents à
sa technologie actuelle :
le catalyseur platine utilisé à l’anode et à la cathode pour les réactions d’oxydation
et réduction est un métal précieux, donc cher. On cherche donc à en minimiser
la quantité déposée, qui est actuellement de l’ordre de 0,02 mg/cm
2 d’électrode,
ce qui représente une bonne dizaine de grammes pour un véhicule. En dehors du
fait qu’il faudra prévoir de le récupérer, ce platine est très sensible à l’empoisonnement par le CO (monoxyde de carbone), au-dessus d’une quantité de l’ordre
de 10 ppm. Or l’hydrogène obtenu à partir de reformeurs, embarqués ou fixes,
contient du CO qu’il est nécessaire de retenir par des procédés coûteux (membranes au palladium ou étage supplémentaire d’oxydation en CO 2 ), sans oublier
le risque de pollution au CO par l’air extérieur alimentant la cathode. Certaines
solutions prévoient d’ajouter au platine un catalyseur d’oxydation du CO à base
de ruthénium, mais ce métal est cher et très toxique ; une autre solution consisterait à augmenter la température de fonctionnement de la pile autour de 130150°C, ce qui permettrait de monter le seuil de sensibilité au CO à 200 ppm au
lieu de 10 ppm.
La chaleur de réaction électrochimique à évacuer est disponible autour de 70-80°C,
c’est-à-dire à une température de 30 à 40° inférieure à celle de l’eau de refroidissement d’un moteur thermique, ce qui augmente considérablement la taille de
l’échangeur thermique actuel (radiateur) à mettre en place sur un véhicule, d’où
des difficultés d’intégration et des augmentations de coût. La solution est donc
– pour les applications mobiles – de faire fonctionner la PEMFC autour de 130150°C … mais l’électrolyte adapté en est toujours au stade de la recherche !