Quels sont les différents types de piles à combustible?
Les piles à combustible convertissent l'énergie chimique en électricité. Elles sont similaires aux batteries en fonctionnement, sauf que les réactifs chimiques dans une pile à combustible peuvent être reconstitués quand ils sont épuisés. Une pile à combustible est généralement caractérisée par le type d'électrolyte utilisé, sa température de fonctionnement et ses applications possibles. La plupart des recherches sur les piles à combustible ont été axées sur les applications automobiles, bien qu'elles soient également explorées pour l'exploration spatiale.
Une caractéristique importante d'une pile à combustible est le type d'électrolyte utilisé. Un électrolyte dans une pile à combustible connecte le combustible et l'oxydant de manière électrique tout en les maintenant séparés physiquement. Les électrolytes utilisés dans la technologie des piles à combustible peuvent être liquides ou solides, ce qui entraîne différents avantages et défis en matière de conception.
Un moyen utile de classer les piles à combustible est leur température de fonctionnement. De nombreux modèles, tels que la pile à combustible à oxyde solide, nécessitent des températures de fonctionnement élevées pour atteindre un rendement énergétique élevé. Les réactions à ces températures élevées convertissent souvent plus d'énergie chimique interne en électricité, plutôt que de perdre beaucoup d'énergie par la chaleur perdue. Les piles à combustible dont les températures de fonctionnement sont plus basses, en revanche, sont généralement plus portables. Les piles à combustible échangeuses de polymères (PEMFC) sont à l’étude en vue de leur application prometteuse dans les transports.
Les PEMFC peuvent atteindre un rendement relativement élevé tout en fonctionnant à une température inférieure à 212 degrés Fahrenheit (100 degrés Celsius). Une température de fonctionnement aussi basse permet à la pile à combustible de démarrer rapidement. Ce type de pile à combustible utilise également un film plastique solide comme électrolyte, ce qui simplifie le scellement de la pile à combustible par rapport à d'autres types d'électrolytes. Cette combinaison de caractéristiques a fait de la PEMFC un candidat idéal pour le remplacement des moteurs à combustion automobile.
Certains ont émis l'hypothèse que les piles à combustible finiraient par remplacer les systèmes de transport à base d'essence. Une économie basée sur l'hydrogène plutôt que sur le pétrole pourrait bénéficier de plusieurs avantages essentiels. Premièrement, les émissions des véhicules seraient limitées à la vapeur d'eau, ce qui ne pose aucun risque environnemental évident. Deuxièmement, les véhicules fonctionnant à l'hydrogène pourraient éventuellement s'avérer plus puissants par unité de masse de carburant. Enfin, l’approvisionnement en hydrogène pourrait potentiellement être une ressource renouvelable, contrairement aux combustibles fossiles, qui ne sont pas renouvelables.
Les piles à combustible alcalines sont du type utilisé dans l'exploration spatiale, y compris les vols spatiaux Apollo vers la Lune. Ils combinent l'hydrogène et l'oxygène pour générer de l'électricité, libérant ainsi de la chaleur et de l'eau. Une solution alcaline aqueuse est utilisée comme électrolyte dans ce type de pile à combustible. Les piles à combustible alcalines bénéficient d'un haut niveau de développement technologique et peuvent avoir un rendement électrique allant jusqu'à 60%. Le coût de ces piles à combustible a toutefois empêché leur adoption généralisée dans les applications terrestres.