Piles à combustible

Une pile à combustible utilise l’énergie chimique de l’hydrogène ou d’un autre combustible pour produire proprement et efficacement de l’électricité. Si l’hydrogène est le combustible, l’électricité, l’eau et la chaleur sont les seuls produits. Les piles à combustible sont uniques en termes de variété de leurs applications potentielles ; elles peuvent fournir de l’énergie à des systèmes aussi grands qu’une centrale électrique d’utilité publique et aussi petits qu’un ordinateur portable.

Pourquoi étudier les piles à combustible

Les piles à combustible peuvent être utilisées dans un large éventail d’applications, y compris le transport, la manutention, les applications stationnaires, portables et les applications d’alimentation de secours d’urgence. Les piles à combustible présentent plusieurs avantages par rapport aux technologies conventionnelles à base de combustion actuellement utilisées dans de nombreuses centrales électriques et véhicules de tourisme. Les piles à combustible peuvent fonctionner à des rendements plus élevés que les moteurs à combustion, et peuvent convertir l’énergie chimique du combustible en énergie électrique avec des rendements allant jusqu’à 60 %. Les piles à combustible produisent moins d’émissions que les moteurs à combustion. Les piles à hydrogène n’émettent que de l’eau, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’émissions de dioxyde de carbone ni de polluants atmosphériques susceptibles de créer du smog et de causer des problèmes de santé sur le lieu de fonctionnement. De plus, les piles à combustible sont silencieuses pendant leur fonctionnement car elles ont moins de pièces mobiles.

Comment fonctionnent les piles à combustible

Les piles à combustible fonctionnent comme des batteries, mais elles ne s’épuisent pas et n’ont pas besoin d’être rechargées. Elles produisent de l’électricité et de la chaleur tant que le combustible est fourni. Une pile à combustible se compose de deux électrodes – une électrode négative (ou anode) et une électrode positive (ou cathode) – enroulées autour d’un électrolyte. Un combustible, tel que l’hydrogène, est acheminé vers l’anode, et l’air est acheminé vers la cathode. Dans une pile à hydrogène, un catalyseur situé à l’anode sépare les molécules d’hydrogène en protons et en électrons, qui empruntent des chemins différents vers la cathode. Les électrons passent par un circuit externe, créant un flux d’électricité. Les protons migrent à travers l’électrolyte vers la cathode, où ils s’unissent à l’oxygène et aux électrons pour produire de l’eau et de la chaleur. En savoir plus sur :

• Pièces d’une pile à combustible
• Systèmes de piles à combustible
• Types de piles à combustible.

Voir l’animation de pile à combustible de l’Office des technologies des piles à combustible pour voir comment fonctionne une pile à combustible.

Objectifs de recherche et de développement

Le ministère américain de l’énergie (DOE) travaille en étroite collaboration avec ses laboratoires nationaux, ses universités et ses partenaires industriels pour surmonter les obstacles techniques critiques au développement des piles à combustible. Le coût, les performances et la durabilité restent des défis majeurs pour l’industrie des piles à combustible. Consultez les liens connexes qui fournissent des détails sur les activités relatives aux piles à combustible financées par le DOE.

• Coût – Le platine représente l’un des plus grands éléments de coût d’une pile à combustible, de sorte qu’une grande partie de la R&D se concentre sur les approches qui augmenteront l’activité et l’utilisation des catalyseurs actuels à base de métaux du groupe du platine (MGP) et d’alliages de MGP, ainsi que sur les approches de catalyseurs non MGP pour les applications à long terme.
• Performance – Pour améliorer la performance des piles à combustible, la R&D se concentre sur le développement d’électrolytes à membrane échangeuse d’ions avec une efficacité et une durabilité accrues à un coût réduit ; l’amélioration des assemblages membrane-électrodes (AME) par l’intégration de composants AME de pointe ; le développement de modèles de transport et d’expériences in situ et ex situ pour fournir des données pour la validation des modèles ; l’identification des mécanismes de dégradation et le développement d’approches pour atténuer leurs effets ; et le maintien des activités de base sur les composants, les sous-systèmes et les systèmes spécifiquement adaptés aux applications d’énergie stationnaire et portable.
• Durabilité-Un facteur de performance clé est la durabilité, en termes de durée de vie d’un système de piles à combustible qui répondra aux attentes des applications. Les objectifs de durabilité du DOE pour les piles à combustible stationnaires et de transport sont respectivement de 40 000 heures et 5 000 heures, dans des conditions de fonctionnement réalistes. Dans les applications les plus exigeantes, les conditions de fonctionnement réalistes comprennent les impuretés dans le combustible et l’air, le démarrage et l’arrêt, le gel et le dégel, ainsi que les cycles d’humidité et de charge qui entraînent des contraintes sur la stabilité chimique et mécanique des matériaux et des composants du système de piles à combustible. R&D se concentre sur la compréhension des mécanismes de dégradation des piles à combustible et sur le développement de matériaux et de stratégies qui les atténueront.

Cibles techniques

Téléchargez la section sur les piles à combustible du plan pluriannuel de recherche, de développement et de démonstration de l’Office des technologies des piles à combustible pour obtenir tous les détails sur les cibles techniques, ou consultez les tableaux des cibles individuelles pour :

• Systèmes de piles à combustible, empilements, et composants pour les applicationsde transport léger
  • Systèmes et empilements de piles à combustible
  • Composants de piles à combustible à membrane électrolyte polymère
  • Humidificateurs et systèmes de compression d’air pour systèmes de piles à combustible
• Les autobus de transport en commun à pile à combustible
• Les autobus de transport en commun à cell transit buses
• Systèmes d’alimentation de secours à piles à combustible
• Systèmes à piles à combustible pour les applications stationnaires (chaleur et électricité combinées)
• Systèmes à piles à combustible pour les applications d’alimentation portable et d’alimentation auxiliaire.