Résolu ! Qu'est-ce qu'une pile à combustible ?

Bonjour, mon ami, bonjour à nouveau ; aujourd’hui, nous nous réunissons pour parler de Solved ! Qu’est-ce qu’une pile à combustible ? et nous espérons que ce blog vous sera utile.

Ces sources d’énergie respectueuses de l’environnement peuvent alimenter tout, des voitures aux hôpitaux en passant par les centres de données.

Q: Lors d’une récente panne d’électricité, mon voisin et moi avons évoqué l’idée de sources d’énergie alternatives. Outre l’énergie solaire et éolienne, il a mentionné les piles à combustible, dont je n’avais pas beaucoup entendu parler. Qu’est-ce qu’une pile à combustible, comment est-elle utilisée et en quoi est-elle différente des autres sources d’énergie ?

UN: Une pile à combustible crée de l’électricité grâce à un processus qui transforme l’énergie créée par une réaction chimique entre un combustible (généralement de l’hydrogène) et un agent oxydant (généralement de l’oxygène). Bien que les piles à combustible ne soient pas utilisées aussi largement que les sources de production d’énergie plus traditionnelles, telles que les combustibles fossiles ou les batteries lithium-ion, elles ont un large éventail d’applications. Bien qu’elles n’aient pas besoin d’être rechargées comme les batteries, elles ont besoin d’une source d’énergie pour produire de l’électricité.

Dans les transports, les piles à combustible alimentent les voitures, les camions, les trains et même les sous-marins. Elles servent également de source d’énergie primaire pour les bâtiments résidentiels et commerciaux dans les zones rurales qui ne sont pas raccordées au réseau. Les hôpitaux, les centres de données et même les épiceries les utilisent comme solutions de production d’énergie de secours, garantissant que les entreprises disposent d’électricité en cas de panne de courant. panne de courant.

EN RAPPORT: Comment récupérer vos améliorations énergétiques au moment de la déclaration d'impôts

Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?

Contrairement à une batterie lithium-ion, qui stocke l’énergie, une pile à combustible crée de l’énergie chimique par une réaction électrochimique entre le combustible (généralement de l’hydrogène) et l’oxygène de l’air ambiant. Lorsque les atomes d’hydrogène et d’oxygène se combinent, la réaction libère une quantité massive d’énergie. En fait, la réaction chimique entre les deux éléments est si puissante qu’elle peut envoyer des fusées dans l’espace.

Lorsque cette énergie est acheminée dans une pile à combustible (au lieu d’être utilisée pour créer une explosion), la réaction crée de l’électricité et de la chaleur. Lorsque la réaction chimique est suffisamment importante, elle peut produire assez d’électricité pour déplacer un véhicule ou alimenter un bâtiment.

Comment fonctionne une pile à combustible ?

Les piles à combustible utilisent quatre parties fondamentales pour créer de l’énergie : l’anode, la cathode, l’électrolyte et le catalyseur. Dans une pile à combustible à hydrogène, le type le plus courant, les atomes d’hydrogène pénètrent dans la pile à combustible au niveau de l’anode. Une fois dans l’anode, un catalyseur, généralement du platine, sépare les molécules d’hydrogène en électrons et en protons.

Les électrons sont ensuite poussés à travers un circuit, créant de l’électricité qui peut alimenter une voiture électrique, un hôpital ou un immeuble d’habitation. Après avoir quitté le circuit, les électrons arrivent à la cathode, où ils se réunissent avec les protons et se combinent avec l’oxygène pour créer les sous-produits de la réaction, à savoir de l’eau et de la chaleur.

Quels sont les avantages des piles à combustible ?

Les piles à combustible présentent plusieurs avantages impressionnants. Elles ne brûlent pas de combustibles fossiles, ne produisent pas de pollution et offrent un kilométrage deux fois supérieur à celui des voitures à batterie. (Il convient de noter que le processus de création de l’hydrogène nécessaire aux piles à combustible n’est pas propre à 100 %, mais qu’il est comparable aux émissions des batteries lithium-ion et bien plus propre que la combustion de combustibles fossiles). Alors que les batteries lithium-ion mettent des heures à se recharger, vous pouvez remplir un réservoir d’hydrogène en 5 minutes ou moins, ce qui est comparable au temps nécessaire pour remplir un réservoir d’essence avec du carburant sans plomb.

Compte tenu de ces avantages, pourquoi voit-on autant de Teslas à batterie sur les routes et très peu de voitures à hydrogène ? De nombreux États n’ont pas investi dans des stations de ravitaillement en hydrogène parce que leur construction est très coûteuse. Il en coûte près de $2 millions pour construire une station de ravitaillement en hydrogène. Ainsi, il existe actuellement moins de 70 stations de ravitaillement en hydrogène dans le pays, dont la quasi-totalité en Californie. En comparaison, vous pouvez recharger une voiture alimentée par une batterie lithium-ion en la branchant sur une prise électrique standard à la maison.

Les piles à combustible sont de plus en plus utilisées comme sources d’énergie stationnaires. Elles sont loin d’être plus efficace que les centrales électriques traditionnelles qui brûlent des combustibles fossiles. Selon le Département de l'énergie des États-UnisLes systèmes de piles à combustible peuvent produire de l’électricité avec des rendements allant jusqu’à 60 %, ce qui est bien supérieur au rendement de 33 à 35 % d’une centrale électrique traditionnelle.

EN RAPPORT: Résolu ! Comment utiliser les panneaux solaires de votre maison pour charger votre voiture électrique ?

7 types de piles à combustible à connaître

Si la membrane à électrolyte polymère (PEM) est le type de pile à combustible le plus courant, il existe six autres exemples de piles à combustible qui ont ouvert la voie à la technologie actuelle des piles à combustible, qui sont actuellement utilisées ou qui sont en cours de développement :

• Membrane à électrolyte polymère (PEM) : Le type de pile à combustible le plus courant est plus petit et plus léger que les autres. Les piles à combustible PEM, qui fonctionnent avec de l’hydrogène, de l’eau et de l’oxygène, sont légères par rapport aux autres piles à combustible et fonctionnent à une température maximale relativement basse d’environ 176 degrés Fahrenheit. Grâce à ces caractéristiques, les piles à hydrogène constituent le choix idéal pour les véhicules électriques à pile à combustible.
• Méthanol direct : Au lieu d’utiliser l’hydrogène comme source de carburant, ce type de pile à combustible utilise du méthanol mélangé à de l’eau. Le méthanol a une densité énergétique plus élevée que l’hydrogène et est un liquide, ce qui le rend plus facile à transporter tout en donnant à l’utilisateur plus d’énergie à partir d’une plus petite quantité de carburant. Les piles à combustible à méthanol direct sont donc idéales pour les appareils électroniques portables, tels que les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables.
• Alcaline (AFC) : l’une des premières technologies de piles à combustible, les AFC sont utilisées depuis plus d’un demi-siècle pour fournir une grande partie de l’énergie nécessaire aux systèmes embarqués sur les engins spatiaux de la NASA. Toutefois, comme l’exposition au dioxyde de carbone peut avoir un impact négatif sur les performances d’une pile à combustible, ce type de pile n’est pas aussi largement utilisé sur la planète Terre.
• Oxyde solide : Les piles à combustible à oxyde solide utilisent un composé céramique pour créer de l’électricité. Bien qu’elles aient un rendement de 60 % pour la conversion de l’énergie en électricité, ce qui est comparativement plus élevé que les autres types de piles à combustible, elles fonctionnent à des températures qui peuvent atteindre plus de 1 800 degrés Fahrenheit. Elles nécessitent donc un blindage thermique important pour protéger les personnes et les matériaux qui les entourent. Si l’oxyde solide peut donc être utilisé comme pile à combustible, il n’en reste pas moins que les piles à combustible de type générateurs de secours aux centres de données et autres bâtiments sensibles, l’oxyde solide n’est pas une option pour les véhicules ou l’électronique de petite taille.
• Acide phosphorique : Ce type de pile à combustible utilise l’acide phosphorique comme catalyseur avec des électrodes en carbone contenant un catalyseur en platine. L’acide phosphorique n’est pas particulièrement efficace pour créer de l’électricité, son rendement se situant entre 37 et 42 %. C’est pourquoi les fabricants de ces piles à combustible à l’acide phosphorique compensent en les construisant plus grandes que les autres types de piles à combustible. Leur taille encombrante limite ce type de pile à combustible à une utilisation principalement comme source d’énergie stationnaire.
• Carbonate fondu : Ce type de pile à combustible utilise un électrolyte constitué d’un mélange de sels de carbonate fondus et de métal comme catalyseur. Elles ont un rendement élevé de 65 % et ne nécessitent pas de métal précieux comme catalyseur, ce qui en fait des piles à combustible rentables. Grâce à ces caractéristiques, les piles à combustible à base de carbonate fondu sont un bon choix pour les services publics. Toutefois, comme elles fonctionnent à des températures élevées, leurs composants se dégradent plus rapidement, ce qui leur donne une durée de vie plus courte que celle des autres piles à combustible.
• Réversible: Ce type de pile à combustible fonctionne comme une pile à combustible PEM en convertissant la réaction entre l’oxygène et l’hydrogène en énergie. Combinées à l’énergie solaire et éolienne, les piles à combustible réversibles peuvent utiliser l’excédent d’énergie créé les jours ensoleillés ou venteux pour diviser l’eau, le sous-produit d’une pile à combustible PEM, en oxygène et en hydrogène, créant ainsi son propre combustible. Bien qu’elles soient encore en cours de développement, les piles à combustible réversibles constituent une ressource énergétique véritablement renouvelable.