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Posté par Adrien le Dimanche 23/09/2007 à 00:00
Une pile à combustible à hydrazine, sans platine
Le constructeur automobile Daihatsu a développé une pile à combustible fonctionnant à l'hydrazine (N2H4) et ne nécessitant pas de métaux nobles comme le platine. Ce nouveau modèle peut fournir une puissance équivalente aux piles à combustibles classiques. Le développement a été réalisé en collaboration avec l'AIST (Advanced Industrial Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...) and Technology) au Japon.

Le combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de...) utilisé est l'hydrate d'hydrazine (N2H4,H2O) en solution aqueuse à 5%. La réaction à l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production...) produit du N2 et de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) uniquement (pas d'émission de CO2). La puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) maximale fournie est de 500 mW/cm2 selon Daihatsu (Daihatsu est le plus vieux constructeur automobile japonais. Il fait partie du groupe Toyota, et possède plusieurs modèles en commun avec la...), équivalent des valeurs des PEMFC classiques. Théoriquement, cette puissance peut augmenter puisque la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) électromotrice de la pile à l'hydrazine est plus de 25% supérieure à celles au H2: 1,56V pour la première contre 1,23V pour la deuxième.


Comparaison pile à hydrogène / pile à hydrazine

Après analyse, il s'est avéré que les métaux qui conviennent le mieux comme catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais...) sont le nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) à l'anode (face combustible) et le cobalt à la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et...) (face oxygène). L'utilisation de ces métaux revient à 500 yens environ par véhicule, contre 400.000 à 500.000 yens pour le platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) (3 euros contre 2700 euros).

Dans les piles à combustibles à membrane d'échange de cations (PEMFC ) classiques, la réaction qui a lieu entre le H2 et le O2 se fait en milieu très acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) et c'est pourquoi le platine, qui a une très grande résistance à la corrosion, est utilisé. Ici, la membrane d'échange est de type anionique, faisant circuler les ions OH- en milieu alcalin et permettant ainsi l'utilisation de métaux non nobles comme le cobalt ou le nickel.

Le constructeur avait déjà présenté en 2005 les potentialités d'une pile à combustible à l'hydrazine mais un des problèmes majeurs qui avait alors été soulevé se rapportait à la sécurité du système. En effet, les dérivés d'hydrazine sont considérés comme des substances délétères au-delà d'une concentration massique de 30% au Japon ainsi que comme des matières inflammables quand la concentration massique excède 80%. Le groupe a donc développé un système permettant de fixer l'hydrate d'hydrazine afin de le stocker, et de libérer uniquement la quantité nécessaire sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.). L'hydrazine est fixée à un groupe carbonyle (La fonction carbonyle, C=O, où un atome de carbone est relié à un atome d'oxygène par une double liaison, est une fonction de chimie organique.) (C=O) et donne l'hydrazone, qui hydrolysée se transforme facilement de l'hydrazine. En pratique, le véhicule possède un réservoir contenant le polymère avec le groupe carbonyle où est stocké le combustible, ainsi qu'une sortie d'eau chaude permettant l'hydrolyse de l'hydrazone en hydrate d'hydrazine.

Actuellement, l'hydrazine est produite industriellement à partir de NH3 pour un prix au litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au seizième du boisseau soit 0,813 litre) est une unité de mesure de volume. Il est...) de 200 yens (1,25 euros) mais le coût de production pourrait être réduit de moitié en le synthétisant à partir de N2 et de H2.

Ce nouveau modèle de pile à combustible est doublement écologique car en plus d'assurer l'autonomie face aux hydrocarbures, il contribue à la réduction des émissions de CO2. Daihatsu considère cependant que la quantité de CO2 réduite grâce aux piles à l'hydrazine équivaut à celle des piles à l'hydrogène. C'est principalement le coût du matériel qui change. Le constructeur envisage d'utiliser ce modèle de pile à combustible dans ses futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) petits véhicules low-cost et cherche à lier des partenariats pour le développement de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :), avec Toyota (Toyota est un constructeur automobile, originaire du Japon. Le siège du groupe est situé dans la ville de Toyota (qui a repris le nom de l'entreprise), à proximité de Nagoya.) par exemple.

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Source: BE Japon numéro 457 (21/09/2007) - Ambassade de France au Japon / ADIT
Illustration: SST – Ambassade de France au Japon