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<onlyinclude>Les '''piles à combustible''' sont un type de [[technologie de conversion de l'énergie]] qui utilise l'[[énergie chimique]] contenue dans un [[combustible]] et la transforme en [[électricité]] avec certains sous-produits (en fonction du combustible utilisé).</onlyinclude> <ref name=hsw>How Stuff Works. (August 10, 2015). ''How Fuel Cells Work'' [Online], Available: http://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/alternative-fuels/fuel-cell.htm</ref> Il est important de noter que les piles à combustible ne sont pas des [[machine thermique|machines thermiques]], et qu'elles peuvent donc avoir des rendements élevés. Cependant, lorsqu'un machine thermique est utilisé pour alimenter une pile à combustible, le machine thermique a toujours un [[rendement thermique]] limité.

Les piles à combustible peuvent être considérées comme un dispositif de [[stockage d'énergie]], car l'[[énergie]] peut être utilisée pour créer de l'[[hydrogène]] et de l'[[oxygène]], qui peuvent rester dans la pile jusqu'à ce que leur utilisation soit nécessaire ultérieurement. En ce sens, elles fonctionnent un peu comme une [[pile|batterie]]. Il existe de nombreux types de piles à combustible, mais deux types courants sont la pile à combustible à oxyde solide (SOFC) et la pile à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC).

<gallery mode=packed heights=400px>
File:cellule H.png|300px|thumb|Figure 1. Diagramme d'une '''pile à combustible à oxyde solide (SOFC)'''. L'oxygène moléculaire (O<sup>2-</sup>) se transforme en [[ion]]s d'oxyde et se combine avec l'[[hydrogène]] pour former l'[[eau]], tout en produisant simultanément l'[[électricité]].<Ref>Wikimedia Commons [Online], Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solid_oxide_fuel_cell.svg#/media/File:Solid_oxide_fuel_cell.svg</ref>
File:PCMEC.png|300px|thumb|Figure 2. Diagramme d'une '''pile à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC)'''. L'hydrogène moléculaire (H<sup>+</sup>) se transforme en [[ion]]s d'hydrogène qui traversent un électrolyte polymère. Les ions d'hydrogène se combinent avec l'[[oxygène]] pour former de l'[[eau]], tout en produisant simultanément de l'[[électricité]].<ref>Wikimedia Commons [Online], Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PEM_fuel_cell.svg</ref>
</gallery>

Pour produire de l'[[électricité]] dans une pile à combustible à oxyde solide, l'[[oxygène]] de l'air se combine avec des électrons libres pour former des [[ion]]s d'oxyde. Les ions oxyde traversent un [[électrolyte]] céramique et réagissent avec l'[[hydrogène]] moléculaire pour former de l'eau. La réaction qui produit l'eau libère également des [[électron]]s qui se déplacent dans un [[circuit]] électrique externe, produisant de l'électricité.<ref name=fund>O'Hayre, Ryan, et al. Fuel Cell Fundamentals, John Wiley & Sons, Incorporated, 2016.</ref> This process can be seen in figure 1.

Pour produire de l'[[électricité]] dans une pile à combustible à membrane électrolyte polymère, un combustible gazeux est introduit et réagit avec un catalyseur composé de nanoparticules de [[platine]]. Lorsque l'[[hydrogène moléculaire]] entre en contact avec ce catalyseur, il se divise en deux ions H<sup>+</sup> et deux [[électron]]s. Les électrons sont conduits par une [[force électromotrice]] et de l'électricité est produite. Les ions hydrogène traversent une membrane échangeuse de protons (également appelée [[électrolyte]] polymère) où ils atteignent la [[cathode]] et se combinent à l'[[oxygène]] pour former de l'eau. Ce processus peut se poursuivre tant que de l'hydrogène et de l'oxygène sont fournis à la cellule.<Ref name=hsw/> La figure 2 montre ce processus dans une PEMFC.

La vidéo ci-dessous de la NASA illustre comment l'oxygène et l'hydrogène s'associent dans une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) pour libérer de l'énergie qui peut être exploitée de manière utile (anglais).
<html>
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</html>

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<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/KGkzLh14Sh0" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>
</html>

===Hydrogène===
L'[[hydrogène]] est un combustible intéressant à utiliser dans les piles à combustible, qui fait l'objet de recherches et de développements actifs. Les raisons de l'utilisation de l'hydrogène ne tiennent pas seulement à sa haute [[densité énergétique]] (121 [[joule|MJ]]/[[kilogramme|kg]]),<ref>I. Hore-Lacy, "Future Energy Demand and Supply," in ''Nuclear Energy in the 21st Century'', 2nd ed., London, UK: WNUP, 2011, ch.1, sec.6, pp.9</ref> mais parce que le seul sous-produit, à part l'électricité, est l'[[eau]].

Bien que l'hydrogène soit l'élément le plus abondant dans l'univers, il n'existe pas sous sa forme élémentaire sur Terre. L'hydrogène doit donc être fabriqué en introduisant de l'énergie dans des composés de l'hydrogène comme les [[hydrocarbure]]s ou l'[[eau]]. Selon la manière dont il est réalisé, le processus peut également libérer des [[polluant]]s. Environ 96 % de l'hydrogène produit est obtenu en utilisant du [[gaz naturel]] et d'autres [[combustible fossile|combustibles fossiles]], ce qui entraîne des émissions considérables de [[CO2|CO<sub>2</sub>]]. Toutefois, pour l'avenir, il est préférable d'utiliser des méthodes plus propres pour obtenir de l'hydrogène (c'est-à-dire de l'eau).<ref name=hsw/><ref name="E2">G. Aubrecht. "Fuel Cells," in ''Energy: Physical, Environmental, and Social Impact'', 3rd ed. San Francisco, CA, U.S.A.: Pearson, 2006, pp. 98-99</ref>

Une autre façon de produire de l'hydrogène provient de l'[[énergie nucléaire]]. Pendant les périodes creuses (lorsque le [[réseau électrique]] n'a pas besoin d'autant d'électricité), les [[centrale nucléaire|centrales nucléaires]] peuvent utiliser leur électricité pour produire de l'hydrogène. La [[chaleur]] générée par le [[réacteur nucléaire]] peut également être utilisée pour la production d'hydrogène. Les [[Cogénération|centrales à cycle combiné]] produisant à la fois de l'hydrogène et de l'électricité peuvent atteindre un rendement de 60 %.<ref>I. Hore-Lacy, "Hydrogen Production and Use," in ''Nuclear Energy in the 21st Century'', 2nd ed., London, UK: WNUP, 2011, ch.7, sec.2, pp.75-78</ref> De nombreux [[réacteurs nucléaires de génération IV]] sont en cours de conception dans le but de produire de l'hydrogène.

==Utilisation de piles à combustible==
[[File:VEPC.png|300px|thumb|Figure 2. Une configuration de véhicule à pile à combustible.<Ref>Wikimedia Commons. "Fuelcell" by Welleman, [Online], Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fuelcell.jpg#/media/File:Fuelcell.jpg</ref>]]

De nombreux pays consacrent d'énormes sommes d'argent au développement des piles à hydrogène. La combustion de [[produits pétroliers]] (ou de tout autre [[combustible fossile]]) produit de la [[pollution]] ; plus précisément, la combustion libère du [[dioxyde de carbone]] qui contribue au [[réchauffement planétaire]] et finalement au [[changement climatique|changement de climat]].<Ref name=hsw/>

Les utilisations des piles à combustible vont des grandes centrales électriques aux petits appareils tels que les [[téléphone cellulaire|téléphones cellulaires]] ou les ordinateurs portables.

===Dans les véhicules===
L'utilisation la plus prometteuse de l'hydrogène comme carburant (dans un avenir immédiat) est celle des véhicules - et il y a déjà des véhicules à hydrogène sur la route aujourd'hui. L'efficacité maximale théorique des piles à combustible à hydrogène est de 83 %, avec des rendements réalistes autour de 60 %.<ref name=wolf>R. Wolfson, "Toward a Hydrogen Economy?" in ''Energy, Environment, and Climate'', 2nd ed., New York, NY: W.W. Norton & Company, 2012, ch. 11, sec. 2, pp. 307-315</ref> Combinés à un [[moteur électrique]] d'un rendement de 90 %, les véhicules peuvent atteindre un rendement de 54 % avant de prendre en compte les autres [[pertes d'énergie]]. Ce rendement est environ 2 à 2,5 fois plus élevé que celui d'un véhicule à [[essence]] typique.

Ces types de véhicules font l'objet de nombreuses critiques, car beaucoup affirment que le coût de ces véhicules ne sera jamais réaliste. Le platine contenu dans les piles à combustible les a rendues chères, mais les progrès réalisés permettent de faire baisser les prix.<ref name=hsw/> La durabilité et la performance de ces systèmes, ainsi que l'infrastructure nécessaire pour les accueillir, sont également examinées de près.

==En savoir plus==
*[[Rendement thermique]]
*[[Hydrogène]]
*[[Véhicule à carburant alternatif]]
*[[Hydrogène comme devise énergétique]]
*Ou explorez une [[Special:Random|page au hasard]]

==Références==
{{reflist}}
[[en:fuel cell]]

Pile à combustible - Historique des versions

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