Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La mobilité est en évolution technologique et sociétale. Nous assistons à une mutation rapide vers la mobilité électrique principalement aujourd’hui à batterie. Un manque d’autonomie et une recharge trop longue sont souvent cités comme les principaux freins au développement des véhicules électriques. Les véhicules à pile à combustible avec un stockage d’hydrogène sous forme comprimée à 350 ou 700 bar peuvent parcourir plus de 500 km, en une seule recharge d’une durée de 3 à 5 minutes ; ils apparaissent plus que jamais comme une alternative crédible aux véhicules actuels. Cet article traite de la technologie des piles à combustible appliquée aux transports terrestres en analysant les aspects technologiques, environnementaux, économiques et politiques.
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-
Joseph BERETTA : Président d’honneur Avere-France - Président Automobile Technology & Mobility Expertise (AT&ME)
INTRODUCTION
Le véhicule électrique à hydrogène est avant tout un véhicule électrique, fonctionnant avec une chaîne de traction électrique identique à celle utilisée dans les véhicules électriques à batteries déjà largement répandus. Il n’y a pas lieu d’opposer le véhicule électrique à batterie et le véhicule électrique à pile à combustible utilisant de l’hydrogène. La seule différence, c’est la façon dont l’énergie est stockée et délivrée au moteur électrique. Dans un véhicule à batterie, l’énergie et la puissance proviennent de la batterie. Pour le véhicule à pile à combustible (PAC), l’énergie est stockée sous forme d’hydrogène dans un réservoir, la puissance est définie par la taille de la pile à combustible qui génère l’énergie électrique pour le moteur.
Pour une étude générale sur les piles à combustible, le lecteur se reportera aux articles Combustible hydrogène – Production [BE 8 565], Combustible hydrogène – Utilisation [BE 8 566], Transport électrique routier – Véhicules à pile à combustible [D 5 570] et Hydrogène [J 6 368].
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- Version archivée 1 de juil. 2008 par Renaut MOSDALE
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Générateur électrique embarqué pile à combustible PEMFC dédié à la mobilité
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1. Notions de base
Les dates clés de l’histoire des véhicules pile à hydrogène.
1839 : The « fuel cell effect » Sir William Grove, avocat, philosophe et chimiste anglais du XIXe siècle, développa une des premières piles à combustible, sur ses propres deniers et à l’aide de grandes quantités de platine fournies gracieusement alors par Johnson Matthey.
1889, Ludwig Mond et Carl Langer furent les premiers à donner à la pile à combustible son nom et sa forme actuelle : des cellules connectées en série par des plaques bipolaires. Ils purent obtenir des courants de 2 à 2,5 A (environ 3 mA/cm2) pour une surface de 700 cm2 à une tension de cellule de l’ordre de 0,73 V et pour un chargement total en platine de 1 g de noir de platine (soit 1,43 mg de platine par cm2). Ces résultats constituent les premiers éléments chiffrés représentatifs d’un calcul d’ingénieur pour une application stationnaire. Un kilowatt électrique aurait demandé environ un kilogramme de platine soit environ 12 000 €. Ce coût prohibitif mit un frein important à leurs travaux.
1955 : « the Bacon Cell » Francis Thomas Bacon développe à l’université de Cambridge des piles alcalines (AFC) de l’ordre de 6 kW avec des électrodes de platine et circulation de potasse (KOH) fonctionnant à 150/200 °C. Elles furent testées sur des machines-outils et un chariot élévateur.
À la suite de ces travaux, les premières applications « automobiles » firent leur apparition sous forme de démonstrateurs.
1959 : Harry Ihrig (de Allis Chalmers Company) dévoilait le premier tracteur équipé d’un système de pile alcaline de 15 kW, comportant un empilement de plus de mille cellules. Enfin, ces premières réalisations furent suivies, quelques années plus tard, par un véhicule Austin alimenté par une pile alcaline de 6 kW développée par K.V. Kordesh de Union Carbide. La pile était associée à des batteries plomb acide d’une puissance de 16 kW. L’autonomie était annoncée à 300 km pour 2 kg d'hydrogène dans des bouteilles sous pression d’une masse de 82 kg.
1960 : Thomas Grubb et Léonard Niedrach de General Electric inventent une membrane...
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Notions de base
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIMES (P.G.) - Historic pathways for fuel cells – The new electric century. - IEEE AES Systems Magazine, p. 7-10 (2000).
-
(2) - MOND (L.), LANGER (C.) - A new form of gas battery. - Phil. Mag., vol. 46, p. 296-304 (1889).
-
(3) - BACON (F.T.) - Fuel cells, past, present and future. - Electrochimica Acta, vol. 14, p. 569-585 (1969).
-
(4) - MOSDALE (R.), ESCRIBANO (S.) - * - . – Clefs CEA n° 44, p. 51 (hiver 2000-2001).
-
(5) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Analysis of performance and of water and thermal management in proton exchange membrane fuel cells. - Electrochimica Acta, vol. 40, n° 4, p. 413-421 (1995).
-
(6) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Modeling analysis of mass transport...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Carburant hydrogène – Spécification de produit – Partie 2 : Applications des piles à combustible à membrane d’échange de protons (MEP) pour les véhicules routiers. - ISO/TS 14687-2 - 2012
-
Hydrogène gazeux et mélanges d’hydrogène gazeux – Réservoirs de carburant pour véhicules terrestres. - ISO/TS 15869 - 2009
-
Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène. - ISO/TR 15916 - 2004
-
Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible. - ISO 16111 - 2008
-
Dispositifs de raccordement pour le ravitaillement des véhicules terrestres en hydrogène comprimé. - ISO 17268 - 2012
-
Carburant d’hydrogène gazeux – Stations-services. - ISO/TS 20100 - 2008
-
ed 3.011-13 Fuel cell technologies – Part 1 : Terminology. - ...
ANNEXES
En sus des règles d’homologation classique pour les véhicules thermiques et des règles liées à l’électrification du système de propulsion, les véhicules à pile à combustible sont soumis à des règlements européens spécifiques, comme le CE 79/2009 et sa directive d’application 406/2010. Ces deux règlements imposent notamment d’apporter la preuve de la sûreté de fonctionnement du système hydrogène. Ils imposent également une « réception par type » pour les composants les plus sensibles (ceux à l’intérieur desquels la pression de l’hydrogène gazeux est supérieure à 3 MPa), garantissant leur sécurité par des cycles de tests.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Ballard (Canada)
Fuel Cells 2000
Société Plug Power
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