Pile à combustible à membrane d'échange de protons - Définition

Marché des PEMFC

On pourra citer comme fabricants :

• Axane : [2]
• ReliOn, Inc.
• Ballard Power Systems
• UTC Power (connu aussi comme UTC Fuel Cells)
• PEMEAS USA
• E-TEK Inc
• Dupont
• 3M
• Johnson Matthey
• WL Gore
• Hydrogenics
• Plug Power
• Atlantic Fuel Cell.
• NuVant Systems Inc.
• IdaTech
• AREVA : HELION hydrogen power.

Historique

Avant l'invention des PEMFC, les types de piles à combustible existants comme les piles à combustible à oxyde solide étaient seulement employés dans des conditions extrêmes. De telles piles nécessitaient de plus des matériaux très coûteux et ne pouvaient être utilisées que pour des applications statiques en raison de leur taille. Ces questions se posaient aussi pour les PEMFC. Les PEMFC furent inventées au début des années 1960 par Willard Thomas Grubb et Lee Niedrach de General Electric (voir [1] en (en)). Des membranes en polystyrène sulfonaté furent initialement utilisées pour les électrolytes, mais elles furent remplacées en 1966 par l'ionomère nafion, supérieur en performance et durabilité.

Les PEMFC furent utilisées pour les engins spatiaux du programme Gemini de la NASA, mais elles furent remplacées par des piles à combustible alcalines lors du programme Apollo et dans la navette spatiale. En parallèle avec Pratt & Whitney, General Electric développa la première pile à combustible à membrane échangeuse de protons pour les missions spatiales Gemini au début des années 1960. La première mission à utiliser les PEMFC fut Gemini V. Cependant, les missions spatiales Apollo et leurs "héritiers" Apollo-Soyouz, Skylab et la navette spatiale ont employé des piles à combustible construites sur les plans de Bacon, développés par Pratt & Whitney.

Des matériaux extrêmement coûteux furent utilisés, et les piles à combustible requéraient de l'hydrogène et de l'oxygène très purs. Les premières piles tendaient aussi à fonctionner sous hautes températures, constituant ainsi un problème pour de nombreuses applications. Cependant, les piles à combustible étaient perçues comme intéressantes en raison des larges quantités de combustibles disponibles (H₂, O₂).

Malgré leurs succès dans les programmes spatiaux, les systèmes à piles à combustible étaient limités aux missions spatiales et autres applications spécifiques pour lesquels des coûts élevés pouvaient être tolérés. Ce ne fut qu'à la fin des années 1980 et du début des années 1990 que les piles à combustible devinrent une option réelle pour des applications de bases plus larges. De nombreuses innovations intéressantes, comme une baisse du besoin en platine comme catalyseur ou des électrodes en couches minces, conduisirent à diminuer les coûts, rendant plus ou moins réaliste le développement des systèmes PEMFC. Cependant, il existe un débat important sur l'intérêt de l'hydrogène comme combustible pour les véhicules depuis quelques décennies (on pourra voir à ce propos The Hype about Hydrogen par Joseph J. Romm, publié en 2004).