Activites de recherche et formation doctorale

4 : Généralisation de la méthode à l’étude des piles à combustible

Cette partie du manuscrit, volontairement très résumée, présente les diverses activités auxquelles j’ai participé depuis 1995 dans le domaine de la filière hydrogène en général, et des piles à combustibles en particulier.

Je ne donnerai ici que très peu d’informations générales sur les piles à combustibles [R34].
Une pile à combustible est un générateur qui convertit directement en énergie électrique l’énergie chimique issue de la réaction électrochimique entre :

• 
  un combustible (hydrogène, méthanol ...) et ;
  
• 
  un comburant (généralement de l’oxygène pris dans l’air) ;
  

c’est, globalement, l’électrolyse de l’eau inversée. Cette réaction produit donc de l’eau, de l’électricité et de la chaleur.
Une pile à combustible se différencie des autres piles par le fait que les réactifs sont renouvelés et les produits évacués en permanence. Chaque cellule élémentaire d’une pile à combustible comprend deux électrodes, en général poreuses :

• 
  l’anode est alimentée en combustible (hydrogène, ...) ;
  
• 
  la cathode est alimentée en comburant (oxygène, ...).
  

Les électrodes sont séparées par un électrolyte dont le rôle est de permettre la migration des ions de l’une à l’autre, sous l’effet du champ électrique créé.

Les piles à combustible sont classées selon la nature de l’électrolyte et la température de fonctionnement. J’ai essentiellement travaillé sur les piles fonctionnant à basse température, notamment les piles à électrolyte polymère solide, dites PEMFC pour Proton Exchange Membrane Fuel Cell, fonctionnant dès l’ambiante.
Leurs avantages sont donc des temps de démarrage quasiment instantanés et compatibles avec des applications automobiles (pour les PEM) ; de plus, elles mettent en oeuvre des technologies moins délicates. Par contre, elles nécessitent une alimentation en combustible très riche en hydrogène (le plus pur possible) et sont sensibles à l’empoisonnement, notamment par le CO et le CO2.