Pile à combustible Article, Signification, Explication

Table of contents

1 Généralités 2 Pile à combustible à l'hydrogène 2.1 Le principe de fonctionnement 2.2 Pile à combustible au méthanol 3

Généralités

Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grace à la réaction d'un combustible hydrogène avec un oxydant l'oxygène généralement issue de l'air. Cette réaction est accélérée par un catalyseur, généralement du platine.

Pile à combustible à l'hydrogène

Le fonctionnement d'une telle pile est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau et consomme uniquement des gaz facilements renouvelables. Mais de telles piles sont aujourd'hui hors de prix (2005), notamment à cause des quantités non négligeables de platine qu'elles nécessitent.

• La difficulté majeur de cette pile est le stockage de l'hydrogène, qui est particulièrement délicat: ce gaz est hautement inflammable et tous le réservoirs sont poreux pour cette molécule.
• Afin de limiter les fuites, il faut le stocker sous forme d'un autre gaz (méthane) ou d'hydrures métalliques et, libérer l'hydrogène juste avant utilisation, ce qui diminue le rendement de la pile mais la sécurise.

Le principe de fonctionnement

La pile à combustible fonctionne à l'inverse de l'électrolyse de l'eau. Elle transforme l'énergie chimique en énergie électrique. C'est un générateur.

• Elle ressemble à une pile ordinaire. Elle possède une cathode et une anode séparé par un électrolyte qui laisse passer les ions mais pas les électrons.
• A l'inverse d'une pile classique, elle ne consomme pas son oxydant (ici l'oxygène O₂) et son réducteur (ici l'hydrogène H₂). Elle continue de fonctionner tant qu'elle est approvisionnée en hydrogène. Le réducteur peut être du méthanol ou du gaz naturel.

A l'anode nous avons la réaction suivante:

H2 ---> 2H+ + 2e-

Il y a donc production de 2 électrons par molécule d'hydrogène.

L'ion H+ passe de l'anode à la cathode et provoque un courant électrique par transfert des électrons dans le circuit électrique.

A la cathode les ions H+ sont consommés suivant la réaction :

O2 + 4 H+ + 4e- ---> 2 H2O

Les réactions sont déclenchées par un catalyseur qui peut être une fine couche de platine.

Pile à combustible au méthanol

Ici, il n'est plus question de stocker de l'hydrogène : celui-ci est produit peu de temps avant d'être consommé, à partir du méthanol. On lui fait tout d'abord subir un reformage qui le transforme en dihydrogène et en monoxyde de carbone :

CH3OH → CO + 2 H2

Le monoxyde de carbone étant fortement toxique, on l'oxyde pour le transformer en dioxyde de carbone :

CO + 1½ O2 → CO2

Le dihydrogène produit au départ entre ensuite dans la pile à combustible en elle-même, sur l'électrode négative alors que l'eau entre sur l'électrode positive (toutes deux en platine).

Un contact électrique est fait entre les deux bornes (généralement à l'aide de graphite), et la réaction suivante a alors lieu :

H2 + ½ O2 → H2O. 

Elle génère une différence de potentiel entre les deux bornes de la pile.

Grace aux progrès récents de cette technologie et à la baisse des prix, on commence à en voir l'utilisation dans de nouveaux domaines, pour alimenter les ordinateurs portables, les téléphones portable et les véhicules propres.

• Dossier illustré sur la pile à combustible

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