Les piles à combustible sont des dispositifs qui fonctionnent de la même manière que les batteries, à la différence que les batteries ont leurs réactifs stockés à l'intérieur, subissant des réactions d'oxydoréduction et transformant l'énergie chimique en électrique; tandis que les piles à combustible n'ont pas d'énergie chimique stockée, mais des réactifs sont injectés en continu.
Il existe plusieurs types de piles à combustible, mais elles ont toutes le même principe de fonctionnement et utilisent des combustibles gazeux. Ainsi, les piles à combustible convertissent l'énergie libérée lors des réactions de combustion en énergie électrique.
Vous trouverez ci-dessous un schéma de l'une des piles à combustible les plus courantes, appelée AFC. Pile à combustible alcaline, ce qui signifie « pile à combustible alcaline » :
Schéma de fonctionnement d'une pile à combustible hydrogène/oxygène
C'est le modèle d'une pile à combustible, mais si nous combinons plusieurs piles en série, le résultat sera un pile à combustible, avec une plus grande puissance.
Notez que l'hydrogène gazeux (H2), qui est le combustible, est pompé dans la structure poreuse de l'anode (pôle négatif), qui dans ce cas est en nickel. Après l'avoir traversé, l'hydrogène passe à l'électrolyte (solution aqueuse d'hydroxyde de potassium, KOH(ici)), où il se dissout et réagit, formant le cation H+ et en libérant des électrons. Ainsi, la demi-réaction anodique peut être représentée par :
Anode: 1H2(g) + 2 OH-(ici) → 2 heures2O(ℓ) + 2e-
Ces électrons sont conduits vers la cathode à travers le circuit externe. La cathode est une électrode de nickel recouverte d'oxyde de nickel hydraté (Ni(OH)(s)) qui catalyse la réduction de l'oxygène (généralement à partir du pompage de l'air), qui se produit lorsqu'il reçoit des électrons. Ainsi, la semi-réaction qui se produit à la cathode est :
Cathode: ½ O2(g) + 1 heure2O(ℓ) + 2e- → 2 OH-(ici)
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La réaction globale est donnée par :
2 heures2(g) + O2(g) → 2 heures2O(ℓ)
Voir qu'en plus de l'électricité produite, cette cellule génère de l'eau, ce qui correspond à l'un de ses principaux avantages. C'est pourquoi il est beaucoup utilisé dans les engins spatiaux, principalement américains, tels que Gemini, Apollo et la navette spatiale. Pour vous donner une idée, en 7 jours, étant propulsé par la pile à combustible, le vaisseau spatial américain Apollo consomme 680 kg d'hydrogène et produit 720 L d'eau.
Ci-dessous, une pile à combustible de la NASA :
La pile à combustible alimentée au méthanol de la NASA
De plus, de nombreux scientifiques l'ont considéré comme un carburant d'avenir, car il ne génère pratiquement aucun polluant. En raison de la crise pétrolière, depuis 1973, les études visant à utiliser les piles à combustible dans les voitures et dans les maisons, les entreprises et les industries se développent de plus en plus. Par exemple, de nombreux constructeurs automobiles en Europe, au Japon et aux États-Unis mettent en place des exposition et démonstration de véhicules à pile à combustible à hautes performances et à zéro émission. polluants.
LOS ANGELES - 19 novembre 2008: Honda présente le véhicule à pile à combustible Honda FCSport au salon de l'auto de Los Angeles*
Généralement, dans ces cas, il est préférable d'utiliser des carburants liquides, tels que le méthanol et l'éthanol, qui peuvent être reformés en hydrogène à bord du véhicule ou qui peuvent être utilisés directement.
* Crédits éditoriaux de l'image: LovelaceMedia / Shutterstock.com .
Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie
Souhaitez-vous référencer ce texte dans un travail scolaire ou académique? Voir:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Pile à combustible"; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm. Consulté le 28 juin 2021.
