Les piles à combustible

Thierry Alleau
Président de l’AFH21

La pile à combustible a été introduite dans le chapitre précédent traitant de l’hydrogène, comme l’une des technologies futures les plus propres et performantes pour convertir l’hydrogène en énergie utilisable.

Un peu d’histoire ...

Après que Henry Cavendish ait identifié vers 1760 les principales caractéristiques de l’hydrogène, c’est en 1839 que l’anglais William Grove découvre accidentellement le principe de la pile à combustible en travaillant sur l’électrolyse de l’eau et en constatant qu’un électrolyseur constitué de deux électrodes de platine plongées dans de l’acide sulfurique pouvait se comporter de manière réversible. Devant le manque de performances et le développement de technologies concurrentes, cette technique fut mise en sommeil jusque vers 1930 quand les travaux de F.T. Bacon lui permirent de gagner en performances et en crédibilité. Mais le véritable démarrage date du début des années 60, lorsque General Electric construisit la pile à polymère solide électrolyte acide (SPFC)2 de 1 kW destinée au programme spatial américain Gemini. Sept véhicules spatiaux Gemini furent équipés chacun de deux modules de 1 kW. Mais cette technologie SPFC dut finalement être abandonnée du fait de la mauvaise tenue de l’électrolyte solide alors utilisé3, la membrane Nafion de DuPont de Nemours n’existait pas encore. La technologie « pile à combustible » avait néanmoins fait ses preuves et fut conservée dans les vols spatiaux4 ultérieurs.

Le principe de fonctionnement

Il est extrêmement simple : il s’agit d’une combustion électrochimique et contrôlée d’hydrogène et d’oxygène, avec production simultanée d’électricité, d’eau et de chaleur, selon une réaction chimique globale universellement connue5 :

H2 + ½ O2  H2O
Plus précisément, la transformation directe de l’énergie chimique (c’est à dire l’enthalpie libre de réaction ΔG) en énergie électrique satisfait la loi d’équilibre suivante :

ΔG