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L'Usine de l'Energie

Une nouvelle pile à combustible fait des prouesses en laboratoire

Pierre Berteloot , ,

Publié le

La pile à combustible permet de stocker sous forme de carburant chimique l'électricité produite par les énergies renouvelables, mais les modèles disponibles à ce jour ne sont pas assez rentables pour permettre leur utilisation à grande échelle. Cependant, deux équipes de chimistes américains ont réalisé des avancées prometteuses dans le domaine.

Une nouvelle pile à combustible fait des prouesses en laboratoire
La centrale guyanaise de HDF Energy, qui utilisera l'hydrogène pour stocker l'électricité.
© HDF Energy

Le jour où l’on pourra stocker l’énergie produite par les éoliennes ou les panneaux solaires – le grand défi à relever si l’on veut s’affranchir un jour du joug des énergies fossiles – vient peut-être de s’approcher subitement. Les piles à combustibles capables de faire cela existent, mais sont actuellement trop peu efficientes pour que leur utilisation soit rentable. Ou plutôt étaient. Une équipe de chercheurs américaine a annoncé avoir créé une pile au rendement ahurissant de 98%.

La pile à combustible : utile mais peu efficiente

Car point de batteries lithium-ion classiques pour cette tâche. Bonnes pour stocker de petites quantités d’énergie, et peu de temps, celles-ci sont autrement trop coûteuses. Pour emmagasiner l’énergie à grande échelle, la solution est ailleurs.

Le mécanisme d’action des piles à combustible, qui existent depuis le XIXème siècle, repose sur la séparation de l’eau sous l’effet d’un courant électrique – une réaction appelée électrolyse – en dihydrogène et dioxygène. Ces deux molécules constituent le combustible chimique sous lequel l’énergie est stockée. Une seconde réaction – la pile à combustible à proprement parler– permet d’inverser le processus et de produire de l’électricité. Elles sont déjà utilisées, notamment dans l’industrie spatiale, mais pas assez rentable pour être massivement utilisées ici-bas dans le réseau électrique, bien que des projets pionniers existent, comme celui de HDF Energy en Guyane.

98% de l’énergie convertie

Les piles les plus répandues à ce jour utilisent des catalyseurs différents pour les deux sens de la réaction, ce qui complique grandement le processus, car deux appareils sont nécessaires. Mais un nouveau type, les piles à céramique protonante (PCFC), pallient à ce problème et peuvent inverser la réaction. Leur seul souci : la première étape (l'électrolyse) était jusque là inefficiente, et plus efficaces avaient un rendement d'à peine 30%, dissipant le reste de l’énergie sous forme de chaleur. 

Mais deux équipes de chercheurs sont parvenues simultanément à des avancées considérables avec les PCFC. Alors que la chimiste  Sossina Haile et son équipe avaient publié en janvier dans la revue Energy & Environmental Science les résultats de leurs travaux – ils ont développé une électrode qui utilise 76% de l'énergie électrique pour casser des molécules d’eau –, ils ont déjà été battus. Le chimiste Ryan O’Hayre et son équipe relatent dans une étude parue le 11 mars dans Nature Energy  avoir conçu une électrode dont les déperditions d’énergie ne sont que de 2%. Du jamais vu !

Un marché en expansion

Le marché des énergies renouvelables est plus que jamais en pleine croissance. Alors que leur part dans la consommation finale brute d’électricité en France était de 9,3% en 2006, elle est de 16%  aujourd’hui. Et l’objectif déclaré de l’Etat, dans le cadre de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, est d’atteindre 32% d’ici à 2030.

La nécessité de la transition énergétique est de plus en plus perçue comme indispensable, et l’amélioration des capacités de stockage de l’énergie permettra certainement de lui conférer une valeur ajoutée et un intérêt encore supérieurs. Les industriels se lancent de plus en plus dans la technologie de la pile à combustible, tels que Safran ou Faurecia récemment. Les électrodes développées par les deux équipes sont en ce sens prometteuses. Seule une incertitude demeure : ces prototypes devront maintenant résister à l’industrialisation et à l’augmentation de l’échelle – qui réduit souvent les performances. 

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