Les prototypes PEMFC

Les laboratoires partisans des piles `a l’hydrog`ene, mˆeme s’ils sont moins nombreux, sont tout aussi actifs. Ils rivalisent d’ing´eniosit´e pour trouver des moyens de stocker le plus intelligemment possible l’hydrog`ene. Nous en citerons ici quelques entreprises dont les prototypes semblent les plus pertinents.

– Ballard

Leader modial des PEMFC, Ballard propose un syst`eme de pile pour ordinateur portable ; sa technique est de miniaturiser des piles existantes pour qu’elles fournissent seulement des puissances de 20 `a 100 W. La soci´et´e Coleman Powermate a pr´esent´e un syst`eme avec une pile Ballard pour recharger les ordinateurs portables o`u l’hydrog`ene provient d’un r´eservoir d’hydrures m´etalliques. Une ´energie de 1 kWh est annonc´ee ce qui correspond `a 20 h d’autonomie pour l’ordinateur portable. Le prix d’un syst`eme et de 3 r´eservoirs est pour le moment fix´e aux alentours de 7000 $ [1].

– Masterflex

Ses prototypes, pour alimenter des ordinateurs portables et autres ´equipements de bureau, paraissent aussi tr`es avanc´es : il annonce le lancement d’un produit pour 2004. Ses PEMFC sont aliment´ees par des hydrures et l’autonomie est de 35 h pour une ´energie de 750 Wh [1].

– Case Western Reserve University

C’est un des gros pˆoles de la recherche am´ericaine. La PEMFC consiste ici en d´epˆots successifs de films minces sur un substrat d’alumine. Ces films constituent le collecteur de courant, le catalyseur et l’´electrolyte. Le collecteur de courant, qui joue aussi le rˆole de couche de diffusion gazeuse, est un film de Nylon poreux (pores de 450 nm de diam`etre) sur lequel sont d´epos´es des bordures non poreuses et des collecteurs de courant (15 µm d’encre d’or). Les autres couches constituant la pile sont ensuite d´epos´ees. L’´electrolyte est compos´e d’un m´elange entre une solution de Nafion `a 5 % et de l’´ethyl`ene glycol ; l’´epaisseur du d´epˆot d’´electrolyte sur le substrat varie entre 25 et 90 µm. Les ´electrodes sont constitu´ees par un d´epˆot de particules de carbone platin´e d’une ´epaisseur de 2 `a 5 µm (teneur en Pt : 0,2 mg.cm−2 pour chacune des ´electrodes).

Les performances annonc´ees `a 0,5 V sont de 2 mW.cm−2 en continu et 50 mW.cm−2 en mode

puls´e. L’hydrog`ene est stock´e dans un r´eservoir de NaBH4 ou d’hydrure m´eatllique LaAl0,3Ni4,7

[7].

– Enable Fuel Cell

Enable Fuel Cell travaille avec la technologie «air breather» du Los Alamos National Labo- ratory et a produit un prototype silencieux, compact, l´eger produisant une puissance de 12 W et une tension de 12 V [2] (figure2.6).

La technologie «air breather» utilise une structure bipˆolaire en empilement («stack») de cellules de pile unitaires [8]. Les cellules sont assembl´ees en un unique boyau dont le canal poreux assure la distribution d’hydrog`ene. Chaque cellule se compose d’un s´eparateur imperm´eable

s´eparant les flux d’air et d’hydrog`ene, de joints int´erieurs et ext´erieurs et d’une membrane de catalyse. Dans cette structure, l’hydrog`ene transite vers l’ext´erieur tandis que l’air va de la p´eriph´erie vers l’int´erieur. Cette architecture permet d’am´eliorer la conduction de chaleur et d’assurer l’hydratation de la membrane. De plus, elle ne n´ecessite aucun ´equipement auxiliaire tels que ventilateurs, pompes ou humidificateurs.

Fig. 2.6: Prototype de pile type «air breather»produit par Enable Fuel Cell.

– Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems

Cet institut allemand a d´ej`a plusieurs prototypes `a son actif. Le plus r´ecent, d´evelopp´e par le Fraunhofer Initiative Miniature Fuel Cell qui regroupe les comp´etences de plusieurs instituts Fraunhofer, alimente un camescope `a la puissance de 10 We (figure 2.7). De plus, un syst`eme complet de PEMFC a ´et´e d´evelopp´e pour l’institut cor´een Clean Energy Technology Inc. et poss`ederait la mˆeme densit´e d’´energie qu’une batterie rechargeable [2] (figure 2.8). Une pile `a membrane en bande est propos´ee : 4 couches superpos´ees de 5 ´el´ements dans un mˆeme plan pro- duisent une puissance 20 W, l’´epaisseur d’une couche ´etant de 2,5 mm. Ses piles sont aliment´ees par des hydrures m´etalliques.

Nous terminerons cet inventaire par une solution compl`etement originale propos´ee par la soci´et´eMedis Technologies Ltd (laboratoires bas´es en Isra¨el, si`ege `a New York). Leur pile n’est ni une PEMFC, ni une DMFC. Elle ne poss`ede pas de membrane, l’´electrolyte ´etant liquide, et n’utilise pas de m´ethanol comme combustible mais un m´elange d’´ethanol et d’un autre liquide. Le fait de ne pas utiliser le m´ethanol est pr´esent´e comme un atout puisque cela ´evite les probl`emes li´es `a sa toxicit´e. La pile n’est pas non plus gourmande en m´etal pr´ecieux pour son catalyseur : elle en utilise une faible quantit´e `a l’anode et pas du tout `a la cathode. Elle n’est pas constitu´ee d’un empilement (stack) mais d’une seule pile, dont les performances sont r´ehauss´ees selon les besoins par un convertisseur : cela ´evite les probl`emes de transfert de chaleur remarqu´es dans les empilements et l’ajout ´eventuel d’un syst`eme de refroidissement. Enfin, le combustible est contenu dans une cartouche. Cette conception ing´enieuse sur le papier semble faire de la pile Medis une solution `a suivre [6].

2.4. ETAT DE L’ART DES PILES `A COMBUSTIBLE MINIATURES

Fig. 2.7: Prototype de pile pour camescope d´e- velopp´e par le Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems.

Fig. 2.8: Prototype de pile pour ordinateur portable d´evelopp´e par le Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems pour l’institut cor´een Clean Energy Technology Inc..