Questions et réponses relatives aux membranes échangeuses de protons (MEP)
Les membranes échangeuses de protons de type Nafion™ sont au cœur des technologies essentielles à la production d’hydrogène vert. Elles sont notamment utilisées dans des électrolyseurs d’eau et des piles à combustible. Voici quelques-unes des questions les plus fréquemment posées au sujet des membranes échangeuses de protons (MEP) et les contextes dans lesquels elles sont utilisées. Si vous avez d’autres questions auxquelles nous n’avons pas répondu ici, veuillez nous contacter.
Membranes MEP pour l’électrolyse de l’eau
- Qu’est-ce que l’électrolyse de l’eau ?
- Existe-t-il plusieurs types d’électrolyseurs d’eau ?
- Comment fonctionnent les membranes échangeuses de protons (MEP) ?
- Quels avantages les membranes MEP offrent-elles pour l’électrolyse de l’eau ?
- Peut-on utiliser des membranes MEP autres que celles de type Nafion™ pour l’électrolyse de l’eau ?
Qu’est-ce que l’électrolyse de l’eau ?
Lors de l’électrolyse de l’eau, un électrolyseur convertit de l’électricité et de l’eau en hydrogène et oxygène gazeux pouvant être stockés pour utilisation ultérieure comme source d’énergie. Contrairement à la plupart des méthodes de production d’hydrogène, l’électrolyse de l’eau ne pollue pas ni n’émet de gaz à effet de serre en tant que sous-produits du processus de conversion.
Existe-t-il plusieurs types d’électrolyseurs d’eau ?
Il existe actuellement deux principaux types d’électrolyseurs d’eau sur le marché : les électrolyseurs d’eau alcalins et à membranes échangeuses de protons (MEP). Les technologies alcalines et à MEP peuvent fournir de l’hydrogène sur place et à la demande, de même que de l’hydrogène ultrapur, sec et sans carbone.
Comment fonctionnent les membranes échangeuses de protons (MEP) ?
Lors de ce processus, une MEP conduit des protons de l’anode à la cathode tout en offrant une isolation électrique aux électrodes.
Des molécules d’oxygène chargées négativement cèdent des électrons à l’anode pour former des protons, des électrons et de l‘O₂ lorsqu’une différence potentielle (tension) est appliquée entre les deux électrodes. Les ions H+ se déplacent à travers la membrane conductrice de protons en direction de la cathode, où ils se combinent à des électrons afin de former le H₂.
La MEP permet uniquement aux ions chargés positivement de passer à travers la cathode.
Quels avantages les membranes MEP offrent-elles pour l’électrolyse de l’eau ?
L’électrolyse de l’eau des membranes échangeuses de protons (MEP) constitue une meilleure solution de rechange, lorsqu’elle est associée aux sources d’énergie intermittentes. Tandis que les coûts élevés historiques des composants des MEP limitaient l’utilisation du système dans des applications commerciales à grande échelle dans le passé, les évolutions technologiques ont entraîné une réduction considérable des coûts, faisant des composants des MEP des options plus pratiques dans de nombreux nouveaux cas d’utilisation.
Les électrolyseurs d’eau de membranes échangeuses de protons offrent de nombreux avantages, qui en font une solution parfaitement adaptée à la demande en matière de production d’hydrogène au XXIe siècle.
Les membranes échangeuses de protons peuvent :
- Fonctionner à une densité de courant élevée avec pour résultat la réduction des coûts, en particulier pour des systèmes couplés avec des sources d’énergie dynamiques telles que l’énergie éolienne et solaire pour lesquelles les pics de demande entraînent une perte d’énergie.
- Fonctionner avec une membrane très mince, même à des pressions élevées, grâce à leur électrolyte polymère.
- Fournir un rendement énergétique accru grâce à leur membrane échangeuse de protons offrant des pertes joules réduites.
- Présenter un faible croisement du gaz, avec pour résultat une très grande pureté de produit gazeux essentielle à la sécurité du stockage et l’utilisation directe dans des piles à combustible.
- Fonctionner sans produits chimiques corrosifs.
Les membranes échangeuses de protons peuvent également être utilisées dans des systèmes plus petits, car elles fonctionnent à une densité de puissance élevée. L’électrolyse alcaline de l’eau peut nécessiter jusqu’à dix fois l’empreinte de l’électrolyse MEP de l’eau, un facteur important pour les clients sujets à des contraintes d’espace.
Peut-on utiliser des membranes MEP autres que celles de type Nafion™ pour l’électrolyse de l’eau ?
Il convient de noter qu’il n’existe pas d’alternatives appropriées au Nafion™ en ce qui concerne les membranes échangeuses de protons utilisées pour l’électrolyse de l’eau. Les électrolyseurs à membranes échangeuses de protons (MEP) utilisent des membranes telles que Nafion™, car elles offrent une excellente conductivité, fiabilité et performance, nécessaires aux applications d’électrolyse de l’eau actuelles et futures. Leur fiabilité physique facilite la manipulation, améliore la résistance aux perturbations opérationnelles et assure une performance adéquate tout au long de la durée de vie de la membrane.
MEP pour piles à combustible
- Qu’entend-on par pile à combustible ?
- Existe-t-il différents types de piles à combustible ?
- Qu’entend-on par piles à combustible MEP ?
- Quels sont les avantages des piles à combustible MEP ?
- Peut-on utiliser des membranes MEP autres que celles de type Nafion™ dans les piles à combustible ?
Qu’entend-on par pile à combustible ?
Une pile à combustible est un dispositif qui convertit l’énergie chimique d’un combustible en électricité grâce à une réaction chimique avec de l’oxygène ou un autre agent oxydant. L’hydrogène est le combustible le plus connu, mais des hydrocarbures comme le gaz naturel et certains types d’alcool comme le méthanol sont parfois utilisés. Les piles à combustible sont différentes des batteries en ce sens qu’elles nécessitent une source constante de combustible et d’oxygène ou d’air pour entretenir la réaction chimique. Toutefois, elles peuvent produire de l’électricité en continu tant que ces intrants sont fournis.1
Existe-t-il différents types de piles à combustible ?
Oui, il existe différents types de piles à combustible, notamment :
- Piles à combustible alcalines (AFC)2
- Piles à combustible à méthanol direct (DMFC)
- Piles à combustible microbiennes (MFC)
- Piles à combustible à carbonate fondu (MCFC)2
- Piles à combustible à acide phosphorique (PAFC)2
- Piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC)2
- Piles à combustible à oxydes solides (SOFC)2
Qu’entend-on par piles à combustible MEP ?
Les piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC), également appelées piles à membranes échangeuses de protons, offrent une densité de puissance élevée. Les piles à combustible MEP ont besoin d’hydrogène, d’oxygène de l’air et d’eau pour fonctionner et ne nécessitent pas l’utilisation de liquides corrosifs comme certaines autres piles à combustible. Elles sont généralement alimentées à l’hydrogène pur fourni par des réservoirs de stockage ou des reformeurs embarqués.
Leur particularité réside dans les caractéristiques suivantes :
- Des plages de température/pression plus basses (comprises entre 50 °C et 100 °C)
- Une membrane électrolyte polymère solide
- Des électrodes en carbone poreux contenant un catalyseur de platine
Quels sont les avantages des piles à combustible MEP ?
Les MEP offrent les avantages suivants :
- Faible poids par rapport aux autres piles à combustible
- Faible volume par rapport aux autres piles à combustible
Peut-on utiliser des membranes MEP autres que celles de type Nafion™ dans les piles à combustible ?
Il convient de noter qu’il n’existe pas d’alternatives appropriées au Nafion™ en ce qui concerne les membranes échangeuses de protons utilisées pour les piles à combustible. En réalité, les membranes échangeuses d’ions Nafion™ étaient les premières du genre et sont toujours les membranes MEP les plus répandues dans le monde.3 Nafion™ est leader sur le marché dans le domaine, utilisant des technologies et des solutions de pointe.3
