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Concept
Pile à combustible à membrane échangeuse de protons
Résumé
Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons, connues aussi sous le nom de piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC, pour l'anglais en ou en) sont un type de piles à combustible développées pour des applications dans les transports aussi bien que pour des applications dans les portables. Leurs caractéristiques propres incluent un fonctionnement des gammes de basses pressions et températures et une membrane électrolyte polymère spécifique.
Pile à combustible
Une PEMFC transforme l'énergie chimique libérée durant la réaction électrochimique du dihydrogène (H2) et du dioxygène () en énergie électrique, processus « opposé » à la réaction thermochimique de ces deux corps produisant de l'énergie thermique. Un jet d'hydrogène est dirigé vers le côté anode de l'assemblage de la membrane-électrode (connu sous le sigle anglais MEA). Il est à cet instant divisé catalytiquement en protons et électrons. Cette réaction d'oxydation dans la demi-cellule est décrite par :
⟶ 2 H + 2 e.
Dans le même temps, un flux de dioxygène est dirigé du côté cathode du MEA. Les molécules de dioxygène réagissent avec les protons traversant la membrane électrolyte polymère et les électrons arrivant par le circuit externe afin de former des molécules d'eau. Cette réaction de réduction dans la demi-cellule électrolytique s'écrit :
4 H + 4 e + ⟶ 2 .
Pour que la pile fonctionne, la membrane doit conduire les ions hydrogène (protons), mais pas les électrons, ce qui créerait un court-circuit dans la pile à combustible. La membrane ne doit pas non plus permettre le passage d'aucun gaz d'un côté à l'autre de la cellule. Ce phénomène est connu sous le nom de en (croisement de gaz). Enfin, la membrane doit résister à l'environnement réducteur à l'anode et, en même temps, à un environnement oxydant à la cathode.
Si la dissociation de la molécule de dihydrogène en deux atomes d'hydrogène est relativement facile en utilisant comme catalyseur du platine, la dissociation de la molécule de dioxygène est malheureusement plus difficile, ce qui cause des pertes énergétiques significatives.
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