Piles à hydrogène

Types de piles à combustible à hydrogène

Une pile à combustible à hydrogène est un dispositif qui convertit l'énergie chimique de l'hydrogène et de l'oxygène en électricité. Ce processus est similaire à celui des batteries ; cependant, les piles à combustible à hydrogène peuvent produire de l'énergie en continu tant que de l'hydrogène est fourni. Il existe plusieurs types de piles à combustible à hydrogène, notamment les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), les systèmes de reformage PEMFC, les piles à combustible à acide phosphorique (PAFC), les piles à combustible à carbonate fondu (MCFC), les piles à combustible à oxyde solide (SOFC), les piles à combustible à méthanol direct (DMFC) et les piles à combustible alcalines.

• Piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) :

  Le cœur des PEMFC est la membrane électrolytique polymère. Ce type de pile à combustible fonctionne à des températures plus basses et offre une densité de puissance élevée. En conséquence, les PEMFC sont le choix privilégié pour les applications de transport ; elles peuvent alimenter des véhicules légers, des bus et des camions. De plus, les réformateurs de carburant qui éliminent l'hydrogène des combustibles hydrocarbonés sont fréquemment combinés aux piles à combustible PEM. Ces systèmes peuvent également être appliqués à la production d'énergie stationnaire.

• Piles à combustible à acide phosphorique (PAFC) :

  Ce type de pile à combustible utilise un électrolyte composé d'une matrice d'acide phosphorique solide. La PAFC fonctionne à des températures plus élevées que les PEMFC, mais plus basses que les piles à combustible MCFC et SOFC. La PAFC convient à une utilisation dans des applications de production d'énergie stationnaire, mais pas pour le transport. De plus, les systèmes PAFC sont moins flexibles que les PEMFC. Associées à la production d'hydrogène par électrolyse ou à partir de biomasse renouvelable.

• Piles à combustible à carbonate fondu (MCFC) :

  Ce type de pile à combustible utilise des carbonates, généralement du lithium, du sodium et du potassium, comme électrolyte. La MCFC fonctionne à des températures élevées. En conséquence, la pile à combustible offre une conversion très efficace du carburant en électricité. De plus, les MCFC ont la particularité de laisser le CO2 du gaz de combustion réagir dans l'électrolyte, ce qui augmente les performances de la cellule. La MCFC est bien adaptée aux applications de production d'énergie stationnaire à grande échelle. Cependant, comme les centrales MCFC dépendent encore de la disponibilité de l'hydrogène provenant du gaz naturel, de la gazéification du charbon ou du biogaz, elles ne sont pas utilisées dans le transport.

• Piles à combustible à méthanol direct (DMFC) :

  Comme les batteries classiques, les DMFC intègrent du carburant liquide directement dans la cellule électrochimique. La DMFC fonctionne à basses températures. En plus de la production d'hydrogène, les DMFC sont une source d'énergie alternative pour l'électronique portable et les équipements distants.

• Piles à combustible alcalines (AFC) :

  Les piles à combustible alcalines utilisent un électrolyte de substance alcaline (hydroxyde de potassium ou hydroxyde de sodium). L'AFC a l'avantage de fonctionner à des températures plus basses et avec une densité de puissance plus élevée que de nombreuses autres piles à combustible. L'AFC est utilisée dans les applications aérospatiales, les vaisseaux spatiaux et l'armée. L'inconvénient des piles à combustible alcalines est qu'elles sont sensibles au CO2 de l'air. En conséquence, l'AFC doit être appliquée dans des espaces fermés.

• Piles à combustible à oxyde solide (SOFC) :

  L'électrolyte de la SOFC est un matériau céramique solide composé principalement d'oxyde de zirconium stabilisé à l'yttrium. Lorsque des températures élevées sont atteintes, la SOFC génère de l'énergie. En raison de leur aptitude, elles sont souvent utilisées dans les applications de production d'énergie stationnaire à grande échelle, notamment pour les utilisateurs industriels et commerciaux, ainsi que pour les systèmes de cogénération (CHP). De plus, les SOFC peuvent utiliser une variété de combustibles, notamment le gaz naturel, le biogaz et l'hydrogène, qui réagissent à l'intérieur de la cellule pour générer de l'électricité et de la chaleur.

Spécifications et entretien des piles à combustible à hydrogène

Spécifications des piles à combustible à hydrogène :

• Performance : La puissance de sortie de la pile à combustible, mesurée en watts ou en kilowatts, indique la quantité d'énergie électrique que la cellule crée. Par exemple, les petites piles à combustible portables peuvent produire environ 50 à 500 W, tandis que celles utilisées dans les véhicules peuvent générer 1,5 à 2,5 kW. Les plus grandes piles à combustible pour les bus, les camions et les systèmes d'alimentation de secours atteignent 5 à 10 kW. Les plus grandes piles à combustible à hydrogène, conçues pour un usage industriel, peuvent atteindre jusqu'à 100 MW.
• Efficacité : L'efficacité d'une pile à combustible indique à quel point elle convertit l'énergie chimique de l'hydrogène en énergie électrique. Les piles à combustible peuvent atteindre une efficacité de 40 à 60 %, mais peuvent être encore plus élevées (jusqu'à 85 %) si les piles à combustible utilisent la chaleur qu'elles produisent pour d'autres applications, comme le chauffage des bâtiments ou la fourniture d'eau chaude.
• Durée de vie : Ceci spécifie la durée pendant laquelle les appareils peuvent fonctionner avant de commencer à s'user. Une pile à combustible à hydrogène a généralement une durée de vie d'environ 5 000 à 25 000 heures de temps de conduite pour les voitures et les camions. Elle pourrait durer 5 à 7 ans si elle était utilisée en continu. Les piles à combustible pour les bus et les camions ont tendance à avoir une durée de vie plus longue, d'environ 30 000 à 80 000 heures, tandis que celles utilisées dans les systèmes d'alimentation stationnaires peuvent durer jusqu'à 90 000 heures.
• Température de fonctionnement : Les piles à combustible à hydrogène fonctionnent dans des plages de température différentes selon leur type. Les piles à combustible à basse température, telles que les PEMFC, fonctionnent entre -20 °C et 80 à 100 °C. Les cellules à plus haute température comme les AFC et les SOFC fonctionnent à des températures beaucoup plus élevées. La SOFC peut résister entre 500 et 1 000 degrés Celsius. Les piles à combustible à haute température peuvent nécessiter des systèmes de gestion thermique complexes pour éviter la surchauffe et garantir un bon fonctionnement.

Les membranes des piles à combustible doivent être vérifiées régulièrement pour s'assurer qu'elles n'ont pas été endommagées. Les filtres d'admission d'air doivent également être changés périodiquement. Ceux-ci empêchent la saleté et autres contaminants de boucher la cellule. La source d'hydrogène est une autre chose qui doit être examinée. Par exemple, les réservoirs de stockage d'hydrogène doivent être inspectés et soumis à des tests de pression régulièrement, et les vannes et les régulateurs utilisés pour contrôler le débit d'hydrogène doivent être vérifiés pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement. Les fuites doivent être examinées et réparées. Si une pile à combustible est équipée d'un ventilateur ou d'un radiateur de production d'énergie, les pales du ventilateur et les ailettes du radiateur doivent être nettoyées pour éliminer toute saleté ou débris. Les connexions électriques doivent être inspectées pour s'assurer qu'elles ne sont pas corrodées, et la puissance de sortie de la pile à combustible doit être mesurée pour voir si elle a diminué au fil du temps. Une légère baisse de puissance est normale pour toutes les piles à combustible, mais une baisse importante ou soudaine de puissance doit être examinée immédiatement, et la pile à combustible doit être réparée pour résoudre le problème.

Scénarios des piles à combustible à hydrogène

L'application la plus courante de la production d'énergie par pile à combustible à hydrogène est utilisée pour fournir une puissance auxiliaire aux navires lorsqu'ils sont au port afin qu'ils n'aient pas besoin de faire fonctionner des générateurs diesel pour fournir de l'énergie pour faire fonctionner les navires lorsqu'ils sont amarrés. Cependant, ce n'est pas la seule application de la technologie de production d'énergie par pile à combustible à hydrogène pour un usage commercial. Voici d'autres scénarios d'utilisation commerciale de la technologie des piles à combustible à hydrogène.

• Industrie maritime : La technologie des piles à combustible à hydrogène peut être utilisée comme source d'énergie auxiliaire pour les navires. Cela signifie que la technologie des piles à combustible à hydrogène peut fournir de l'énergie pour le fonctionnement normal du navire lorsqu'il ne navigue pas, par exemple lorsqu'il est au port. L'utilisation de la technologie des piles à combustible à hydrogène peut réduire la dépendance du navire aux générateurs diesel. Cela permet non seulement de réduire les émissions de polluants, mais aussi de fournir une solution d'alimentation plus écologique pour l'industrie maritime.
• Industrie logistique : La technologie des piles à combustible à hydrogène joue un rôle important dans le domaine des chariots élévateurs. La pénétration et l'application de la technologie des piles à combustible à hydrogène ont contribué à la réalisation d'un système logistique zéro émission. Les chariots élévateurs à pile à combustible à hydrogène se caractérisent par leur grande efficacité et leur recharge pratique. Ils peuvent servir de source d'énergie efficace pour les opérations logistiques, améliorant ainsi l'efficacité et la durabilité.
• Système de transport public : Les bus à pile à combustible à hydrogène sont des véhicules représentatifs qui utilisent la technologie des piles à combustible à hydrogène comme source d'énergie. Les bus à pile à combustible à hydrogène présentent les caractéristiques de zéro émission et de faible bruit, ce qui peut réduire la pollution atmosphérique et la pollution sonore en milieu urbain. Dans le même temps, les bus à pile à combustible à hydrogène possèdent également la capacité d'une longue endurance et d'un ravitaillement rapide, ce qui peut répondre efficacement aux exigences du transport public.
• Machines de chantier : Les piles à combustible à hydrogène peuvent être utilisées pour alimenter les excavateurs et les grues. Les excavateurs et les grues à pile à combustible à hydrogène sont des engins de chantier qui utilisent des piles à combustible à hydrogène comme systèmes d'alimentation. Ils conviennent à divers chantiers de construction et peuvent fournir un soutien énergétique solide tout en réalisant des émissions nulles et en réduisant la pollution environnementale.

Comment choisir des piles à combustible à hydrogène

Avant de choisir un produit d'un point de vue commercial, il est impératif de mener une étude approfondie du public cible et de ses besoins, ainsi qu'une analyse de la concurrence.

• Comprendre les besoins du public cible :

  Il est impératif de déterminer l'application des piles à combustible et les clients acheteurs de l'industrie. Savoir si elles seront utilisées à des fins portables, stationnaires ou de transport aidera à choisir le bon type. Obtenir des informations sur la taille de la pile à combustible souhaitée est également crucial, car les piles à combustible à hydrogène ayant des niveaux de production plus importants ont généralement des piles à combustible plus importantes. De plus, comprendre s'il existe des exigences de performance spécifiques, telles qu'une température de fonctionnement minimale ou une plage de pression, aidera à établir les spécifications essentielles. Connaître la source d'hydrogène et savoir si la production d'hydrogène sur site ou le stockage d'hydrogène externe est préférable peut influencer le choix de la technologie des piles à combustible.

• Analyse de la concurrence :

  Il est nécessaire de faire des recherches sur les fournisseurs et les types de piles à combustible à hydrogène déjà proposés sur le marché. Déterminer ce qui distingue chaque type de pile à combustible des autres permettra d'identifier la proposition de vente unique. L'examen de la chaîne d'approvisionnement des piles à combustible à hydrogène peut également aider à déterminer les opportunités de collaboration commerciale. Pour garantir la compétitivité des cellules, il est également essentiel de suivre les développements économiques, les préférences des clients et les nouvelles avancées technologiques sur le marché des piles à combustible à hydrogène.

• Tenez compte de quelques éléments supplémentaires :

  Il est essentiel de se familiariser avec les différents types de véhicules à pile à combustible à hydrogène. De la polyvalence des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) à l'efficacité élevée des piles à combustible à acide phosphorique, chacune présente ses propres spécifications et avantages.

FAQ

Q1 : Quel est l'avenir des piles à combustible à hydrogène ?

A1 : Malgré quelques obstacles, l'avenir des piles à combustible à hydrogène semble prometteur, car de plus en plus de pays s'efforcent de trouver des alternatives énergétiques plus propres.

Q2 : Pourquoi les gens utilisent-ils des piles à combustible à hydrogène ?

A2 : Les piles à combustible à hydrogène sont utilisées pour générer de l'électricité de manière propre et efficace.

Q3 : Quels sont les défis des piles à combustible à hydrogène ?

A3 : Les défis courants des piles à combustible à hydrogène incluent les coûts élevés, les problèmes d'infrastructure, le stockage et la distribution, la maturité technologique et la sensibilisation du public.

Q4 : Quelle est l'efficacité d'une pile à combustible à hydrogène ?

A4 : Les piles à combustible à hydrogène sont généralement plus efficaces que les systèmes de production d'énergie traditionnels à combustion. L'efficacité des piles à combustible à hydrogène peut varier de 40 % à 60 % pour la conversion de l'hydrogène gazeux en énergie électrique. Si elles sont utilisées en combinaison avec des piles à combustible à hydrogène produisant de la chaleur, l'efficacité globale peut atteindre 85 %.