Qu'est-ce qu'une pile à combustible à hydrogène?
Vous pourriez demander à un enfant de dessiner une batterie et il serait capable de tracer un cylindre, peut-être avec une bosse à une extrémité et étiqueté avec des signes "+" et "-". La forme d'une batterie est si emblématique qu'elle apparaît sur nos téléphones portables, tablettes et ordinateurs, même si les batteries qui alimentent ces appareils sont complètement différentes! Mais essayez de demander à beaucoup d'adultes instruits, autrement intelligents, de dessiner une pile à combustible, et ils vous donneront probablement un regard confus. Même si les piles à combustible à hydrogène ont fait leur apparition dans le public il y a plus de cinquante ans dans le cadre du programme Apollo de la NASA et commencent à être présentes dans les automobiles du monde entier aujourd'hui, elles ne sont guère aussi courantes que les batteries et restent un mystère pour la plupart des gens.
La vérité est que les piles à combustible à hydrogène sont similaires aux batteries à bien des égards. Ils sont un moyen de stocker et de libérer de l'énergie par des réactions chimiques. Ils ont deux électrodes, une anode et une cathode. (C'est à cela que servent les «+» et «-» sur une batterie!) Ils produisent un courant continu (DC) qui circule dans une direction, au lieu du courant alternatif (AC) qui sort des prises murales résidentielles. Et comme certaines batteries, elles peuvent être «rechargées» pour fournir de l'énergie encore et encore.
Il existe en fait de nombreux types de piles à combustible qui utilisent différentes réactions chimiques pour produire de l'électricité. L'un des types les plus courants de piles à combustible à hydrogène est aujourd'hui appelé pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM), qui a l'avantage de pouvoir fonctionner à température ambiante et d'être relativement peu coûteuse à fabriquer. Toutes les piles à combustible fonctionnent de manière similaire, mais parlons simplement du fonctionnement de la pile à combustible PEM pour l'instant.
Les deux électrodes d'une pile à combustible PEM, l'anode et la cathode mentionnées ci-dessus, sont séparées par la membrane électrolytique qui donne son nom à la pile à combustible PEM. L'hydrogène entre dans la pile à combustible côté anode et l'air ou l'oxygène pur entre dans le côté cathode. La membrane d'échange de protons est à la hauteur de son nom et ne laisse passer que des protons uniques. Mais cela signifie que seul le proton unique d'hydrogène peut se déplacer de l'anode à la cathode, bloquant son seul électron du côté anode. Non content de s'asseoir, les électrons orphelins tirent à travers le fil qui relie l'anode à la cathode, créant un courant électrique comme ils le font. Plus les électrons en mouvement signifient plus de courant électrique, donc pour obtenir plus d'électricité d'une pile à combustible, elle a juste besoin de plus d'hydrogène.
De l'autre côté de la pile à combustible, les protons sont réunis avec leurs électrons et se lient à tous les atomes d'oxygène qu'ils rencontrent, formant de l'eau. Cette eau et la chaleur générée par les électrons en mouvement rapide sont les seuls déchets de la pile à combustible. Les propriétaires de téléphones portables et d'ordinateurs portables savent qu'un inconvénient des batteries est leur tendance à conserver de moins en moins d'énergie au fur et à mesure que nous les rechargeons. Mais puisque l'eau peut être chimiquement séparée en hydrogène et en oxygène par le processus d'électrolyse, la réaction des piles à combustible est entièrement réversible et peut être exécutée en arrière et en avant encore et encore sans perdre de charge.
Les piles à combustible sont loin d'être parfaites. Ils sont toujours chers par rapport à d'autres méthodes de production d'électricité. Le catalyseur au platine qui recouvre l'anode et la cathode peut se corroder avec le temps, ce qui diminue l'efficacité de la pile à combustible. Cependant, leur capacité à produire de l'électricité en continu tant qu'ils sont alimentés en hydrogène signifie qu'ils peuvent fonctionner plus longtemps que les batteries et que le seul déchet qu'ils produisent est de l'eau pure et propre.
Ils ne sont peut-être pas la réponse complète aux besoins énergétiques de l'humanité, mais il n'y a jamais eu de meilleure façon de produire de l'électricité dans l'histoire humaine, ce n'est donc pas trop surprenant. Alors que la technologie continue de s'améliorer et que nous commençons à voir des piles à combustible dans de plus en plus d'applications dans le monde, peut-être dans quelques années la question "Pouvez-vous dessiner une pile à combustible?" sera quelque chose auquel même un enfant pourra répondre.
