Alimentation des piles à combustible avec les membranes de type Nafion™

Les piles à combustible alimentent un monde plus sûr et plus propre

Les piles à combustible sont des piles électrochimiques qui convertissent l’énergie chimique d’un combustible comme l’hydrogène et l’oxygène en électricité grâce à une réaction chimique. Elles complètent les efforts réalisés dans le domaine de l’énergie verte et sont les moteurs de l’énergie propre.

La réglementation internationale préconise des réductions significatives dans les émissions de gaz à effet de serre. C’est pourquoi les piles à combustible sont essentielles. Le marché mondial des piles à combustible devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 20,9 % d’ici 2025^[1] dans un certain nombre d’applications comme :

• Les sources d’électricité légères, hybrides, transport routier et les véhicules utilitaires
• Alimentation de secours pour les bâtiments
• Systèmes hors réseau pour les applications télécom
• Systèmes MegaWatt de secours ou hors réseau pour les sites industriels ou municipalités

La caractéristique commune à tous ces cas d’usage est le besoin d’une membrane échangeuse d’ions durable et performante. Les membranes échangeuses de protons (MEP) de type Nafion™  répondent à ces besoins.

^[1] https://www.businesswire.com/news/home/20181204005535/en/Global-Fuel-Cell-Market-Size-Share-Trends

L’adoption de piles à combustible MEP alimentées à l’hydrogène a déjà commencé, mais les opportunités se multiplient. Cela est dû en partie à l’efficacité opérationnelle et aux qualités durables des MEP qui en font des alternatives viables aux sources d’énergie traditionnelles dans le secteur des transports.

Avantages des piles à combustible

De plus en plus de secteurs d’activité adoptent les piles à combustible en raison de la possibilité d’utiliser des ressources énergétiques différentes et de leurs avantages opérationnels par rapport aux sources d’énergie classiques, telles que les batteries et les moteurs à combustion. Ces avantages sont les suivants :

• Autonomie et facilité de ravitaillement : contrairement aux batteries, les piles à combustible n’ont pas besoin d'étapes de charge séparées, et les véhicules à pile à combustible peuvent faire le plein presque aussi rapidement que les moteurs à gaz traditionnels.
• Efficacité : une pile à combustible n’a besoin que de carburant supplémentaire pour doubler sa capacité. Dès lors, pour les applications où la charge utile compte beaucoup (par exemple le transport en camion sur de longues distances), les piles à combustible sont plus efficaces en termes de poids de charge utile par kilomètre parcouru. De plus, les piles à combustible convertissent directement l’énergie chimique du carburant en énergie électrique utile, ce qui leur permet de fonctionner deux à trois fois plus efficacement que les moteurs à combustion interne diesel et à gaz.
• Durabilité : les piles à combustible fonctionnant à l’hydrogène ne rejettent que de l’eau et de la chaleur, de sorte que l’air ambiant est propre et sans danger.
• Polyvalence : les piles à combustible peuvent être modifiées pour s’adapter à l’application souhaitée. Cela inclut l’ajustement de la quantité d’énergie qu’elles fournissent, selon qu’il s’agit de véhicules particuliers, de flottes d’autobus ou de réseaux électriques alimentant des quartiers entiers. Les systèmes stationnaires de piles à combustible peuvent même contribuer à équilibrer le réseau énergétique en fournissant une puissance supplémentaire lorsque les sources d’énergie intermittentes, comme les énergies renouvelables, ne peuvent pas répondre à la demande.

Améliorer la conductivité et la durabilité avec les membranes échangeuses de protons

Il existe plusieurs types de piles à combustible disponibles, notamment les piles à combustible alcalines, les piles à combustible à carbonate fondu, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons telles que celles de marque Nafion™, et bien d’autres encore. Toutefois, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (MEP), plus précisément celles de marque Nafion™, constituent désormais le premier choix pour les applications de transport et de manutention. Pourquoi ? Une performance maximale avec un minimum d’espace occupé.

Le type le plus courant de piles à combustible MEP fonctionne avec de l’hydrogène pur. Outre l’hydrogène, elles ont uniquement besoin d’oxygène (de l’air) et d’eau pour fonctionner. Il s’agit simplement de deux réactions chimiques séparées par une membrane électrolytique. Le résultat ? De l’électricité, de l’eau et de la chaleur utilisables.

Les membranes de type Nafion™ sont utilisables dans des piles à combustible fonctionnant efficacement pendant des années. Les ingénieurs et concepteurs de piles à combustible spécifient les membranes MEP de par leur :

• Épaisseur
• Conductivité
• Résistance
• Résistance à l’absorption d’eau
• Durabilité chimique

Ces propriétés peuvent répondre aux exigences des nouvelles conceptions et conditions d’exploitation. Spécifiquement, les piles à combustible utilisant les membranes MEP de type Nafion™ :

• Fonctionnent bien avec l’énergie renouvelable intermittente solaire ou éolienne
• Fonctionnent à des températures relativement basses
• Adaptent le rendement aux exigences dynamiques de puissance

En conséquence, les piles à combustible utilisant des membranes MEP sont considérées comme la technologie de pointe pour les véhicules légers et dans bon nombre d’applications stationnaires.

Pour les matières Nafion™, Chemours dispose d’une chaîne d’approvisionnement entièrement intégrée et un accès solide aux matières premières de qualité supérieure. Ainsi, vous pouvez compter sur Chemours pour répondre à la demande croissante à long terme sans limiter ou interrompre l’approvisionnement.