Pile à combustible à hydrogène
Le principe de la pile à combustible à hydrogène est l'inverse d'une électrolyse. La réaction chimique produite par l'oxydation* et la rencontre de gaz produit de l'électricité, de l'eau et de la chaleur. Les piles à combustible actuelle produisent une tension électrique comprise entre 0,8 et 1 volt (mais le voltage recherché, optimal, est de 1,23 volt) et une chaleur pouvant monter jusqu'à 60-80°C. L'eau est évacuée sous forme de vapeur avec l'excédent de dioxygène. Il existe plusieurs types de piles à combustibles à hydrogène, dont les plus connus sont la pile à membrane échangeuse de protons, également appelée PEMFC, et la pile à oxyde solide, également appellée SOFC.
La pile à combustible à membrane échangeuse de protons
Pile à combustible de type PEMFC, avec 16 membranes électrolytiques, photographiée au laboratoire LEPMI à Grenoble.
La pile à combustible à membrane échangeuse de protons, également appelée PEMFC, est composée de :
- deux plaques bipolaires: une pour distribuer l'hydrogène et une pour distribuer l'oxygène et évacuer l'eau
- deux électrodes : une anode et une cathode pour faire circuler le courant électrique
- une membrane échangeuse de protons qui bloque le passage des électrons et laisse passer les ions H+.
- deux catalyseurs qui accélèrent les réactions entre les gaz.
- deux plaques bipolaires: une pour distribuer l'hydrogène et une pour distribuer l'oxygène et évacuer l'eau
- deux électrodes : une anode et une cathode pour faire circuler le courant électrique
- une membrane échangeuse de protons qui bloque le passage des électrons et laisse passer les ions H+.
- deux catalyseurs qui accélèrent les réactions entre les gaz.
L'hydrogène (provenant d'une électrolyse* ou d'un reformage* d'hydrocarbures) entre par la plaque bipolaire gauche. Arrivé a l'anode, le dihydrogène se dissocie par oxydation en protons et en électrons selon: 2H2=4H+ + 4e-. Les protons traversent alors la membrane, mais les électrons, bloqués, sont contraints d'emprunter un circuit extérieur aux plaques, ce qui va générer un courant électrique.
A la cathode, les protons, les électrons, et du dioxygène se rencontrent pour former de l'eau selon : 4H+ + 4e- + O2= 2H2O. L'eau et le dioxygène passent par la plaque bipolaire droite. Cette réaction va produire également de la chaleur pouvant être récupérée, et éventuellement de la peroxyde d’hydrogène qui dégrade les éléments de la pile.
Ici, nous avons photographié une membrane électrolytique avec la cathode déposée sur celle-ci.
