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La pile à combustible

Le principe de cette pile est connu depuis son invention en 1838 par le Professeur Christian Friedriech Schoenbein de l’université de Bâle. C’est un dispositif qui permet de convertir, par exemple, de l’hydrogène et de l’oxygène en eau en produisant de l’électricité pouvant alimenter un moteur électrique.

Le processus de conversion dans la pile est un ensemble complexe constitué d’un électrolyte placé entre deux électrodes poreuses une anode oxydante (émettrice d’électrons) ; une cathode réductrice (collectrice d’électrons) contenant un catalyseur (en général le platine). L’hydrogène est introduit à l’anode à partir d’un réservoir et l’oxygène (prélevé dans l’air) arrive à la cathode. L’hydrogène perd ses électrons à l’anode et ces derniers alimentent le circuit électrique externe ; privés de leurs électrons, les atomes d’hydrogène (réduits à un proton) traversent l’électrolyte (qui peut être une membrane) pour se recombiner à la cathode avec les électrons qui ont accompli leur tournée électrique et l’oxygène pour former de l’eau.
pile combustible
La pile à combustible fournit du courant électrique mais également de la chaleur dégagée par la réaction. Ce système a deux avantages : il présente un haut rendement énergétique (de 35 à 60% suivant la nature des piles) et il ne produit pas de gaz carbonique et donc les émissions polluantes sont quasi nulles. La pile utilisant un électrolyte qui est une membrane polymérique a l’avantage de fonctionner à une température relativement basse (80°C environ), mais présente l’inconvénient, d’utiliser comme catalyseur le platine qui est un métal précieux et donc onéreux (il faut 1g de platine pour produire un kW).

D’autres types de piles ont été proposés et utilisés : des piles utilisant un électrolyte alcalin fonctionnant entre 120 et 250°C (utilisées notamment dans les engins spatiaux), d’autres de l’acide phosphorique ou des carbonates fondus (à température de 650°C), des céramiques qui sont des oxydes (elles exigent des températures élevées de 800 à 1000° C). Une alternative consiste à remplacer l’hydrogène par du méthanol, mais cette pile a l’inconvénient de produire du gaz carbonique ; son emploi est envisagé dans les ordinateurs et les téléphones portables et remplacerait alors les batteries.