Le fonctionnement des piles à combustible
THE MAGAZINE DEVOTED TO NICKEL AND ITS APPLICATIONS
|
 |
250-kW FUEL CELL UNIT at Yale University in Connecticut, U.S.A.
|
|
PDF of this article (640 kB)
|
For other recent Nickel Magazine articles on the use of nickel-containing materials in the energy sector, click here. |
By John Milne
Magazine Nickel, Octobre, 2003 -- Une pile à combustible est un dispositif
qui combine chimiquement de l'hydrogène et de l'oxygène pour générer de l'électricité. Les seuls
sous-produits significatifs sont de la chaleur et de la vapeur d'eau, ce qui fait de la pile à combustible un
moyen idéal, du point de vue écologique, pour la production d'électricité.
Il existe différents types de piles à combustible. Certaines utilisent de l'hydrogène généré à l'extérieur
comme combustible. D'autres utilisent un combustible d'hydrocarbures qui est dissocié ou transformé en
hydrogène à l'intérieur de l'unité. Vous trouverez ci-dessous la description d'une telle pile à combustible
stationnaire produite par la FuelCell Energy Inc.
Ces piles à combustible présentent une structure en sandwich avec une bande de nickel poreuse qui sert d'anode et une bande d'oxyde de nickel qui sert de cathode. Ces deux bandes sont séparées par une couche matricielle à base de céramique. Un électrolyte de carbonate noyé dans la couche matricielle facilite la réaction électrochimique entre l'anode et la cathode.
La bande de nickel utilisée tant pour l'anode que pour la cathode est produite à l'aide d'une technique de la métallurgie des poudres. Une fine couche de poudre de nickel de dimensions de l'ordre de grandeur de microns est déposée régulièrement sur une bande en mouvement qui traverse un four de frittage et un système de rouleaux dans lequel la bande poudrée est compactée et comprimée. Ce procédé est connu sous le nom de "tape casting" ou "coulage en bande".
Le nickel est le matériau idéal pour cette application car il est bon conducteur thermique et résiste à la corrosion. Par ailleurs, le nickel n'est pas consommé au cours du procédé.
Un hydrocarbure, comme le gaz naturel, entre dans la pile à combustible et est chimiquement dissocié ou transformé à l'aide du catalyseur de manière que de l'hydrogène alimente l'anode et de l'air (oxygène) la cathode. La réaction décompose le combustible en ions et électrons. Les électrons s'éloignent de l'anode grâce à un circuit extérieur représenté par une barre omnibus conventionnelle en cuivre tandis que les ions se déplacent dans l'électrolyte et produisent du dioxyde de carbone et de l'eau en tant que sous-produits. La chaleur générée (dans un ordre de grandeur de 370°C) peut être récupérée et utilisée.
Une seule pile à combustible ne produit qu'une faible quantité d'électricité et mesure 1.2 mètres par 0.7 mètres pour une épaisseur de 0.63 centimètres. En revanche, l'accumulation de 350 à 400 piles à combustible dans un module permettra de produire 250 kW d'électricité. Plusieurs modules peuvent être combinés pour former de plus grandes unités qui généreront 1 ou 2 mégawatts d'énergie.
L'efficacité de l'électricité générée par ce type de pile à combustible s'élève à environ 50% et peut atteindre 80 % si la chaleur produite en tant que sous-produit est également utilisée. Au fur et à mesure que le développement des piles à combustible réduit les coûts et améliore l'efficacité, elles représentent désormais une alternative compétitive à la génération conventionnelle d'électricité et offrent, en plus, l'avantage d'être non polluantes et silencieuses dans le cas d'une utilisation sur place.
La société FuelCell Energy et ses partenaires réalisent actuellement des essais sur place au Japon, en Allemagne et aux États-Unis avec des piles à combustible, comme par exemple avec cette unité de 250 kW dans l'Environmental Sciences Building de l'Université de Yale.
John Milne is a consultant to the Nickel Development Institute.
PHOTO/DIAGRAM: FuelCell Energy Inc.
 FuelCell Energy Inc. |
