Pile à combustible
Appareil électrochimique qui convertit directement l’énergie chimique de l’hydrogène ou d’un autre combustible en électricité et en chaleur, sans combustion.
Une pile à combustible fonctionne comme un électrolyseur à l’envers : l’hydrogène est oxydé à l’anode, les ions traversent un électrolyte et l’oxygène est réduit à la cathode, ce qui produit de l’eau. La tension théorique d’une cellule est de 1,23 V ; en charge, les cellules réelles fonctionnent entre 0,6 et 0,8 V.
Principaux types :
- PEMFC : 60–80°C, catalyseur au platine, démarrage rapide ; utilisée dans les véhicules électriques à pile à combustible et les bus. Rendement système de 50 à 60 % à charge partielle, plus faible à pleine puissance.
- SOFC : 600–1 000°C, peut fonctionner au gaz naturel ou au biogaz grâce au reformage interne ; rendement électrique de 55 à 65 %, plus de 85 % au total avec récupération de chaleur en cogénération.
- MCFC et PAFC : production stationnaire, de quelques centaines de kW au MW.
- AFC : alcaline, utilisée autrefois dans les engins spatiaux.
Le rendement aller-retour de l’hydrogène, de l’électricité à l’hydrogène puis retour par une pile, n’est que de 30 à 40 %, contre 85 à 90 % pour les batteries lithium-ion : l’hydrogène se limite donc au stockage de longue durée et saisonnier. Les stacks PEM pour véhicules visent 8 000 heures (voitures) à 25 000–30 000 heures (poids lourds). La Corée du Sud, le Japon et les États-Unis concentrent la plus grande partie de la puissance stationnaire installée, la Corée du Sud dépassant 1 GW.
Termes associés
Tous les termes →- Électrolyseur
Appareil électrochimique qui utilise un courant électrique pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène ; l’équipement central de la production d’hydrogène vert.
- Hydrogène vert
Hydrogène produit par électrolyse de l’eau dans un électrolyseur alimenté en électricité renouvelable, avec des émissions directes de CO2 quasi nulles.
- Véhicule électrique à pile à combustible (FCEV)
Véhicule électrique qui produit son électricité à bord à partir d’hydrogène dans une pile à combustible et ne rejette que de la vapeur d’eau à l’échappement.
- Rendement aller-retour
Part de l’énergie injectée dans un système de stockage que l’on récupère à la décharge, mesurée à une frontière définie (cellule, côté DC ou raccordement AC au réseau).
- Cogénération (CHP)
Production simultanée d’électricité et de chaleur utile à partir d’un même combustible, avec un rendement global de 75 à 90 %, contre environ 35 à 60 % pour une centrale qui ne produit que de l’électricité.