Généralité sur les piles à combustible et sur les supercondensateurs

Historique :
Les piles à combustible ne sont pas une technologie nouvelle puisque leur principe a été découvert dans la première moitié du 19ème siècle Sir William Grove, considéré comme l’inventeur de la pile à combustible, réalisa en 1839 sa célèbre expérience avec une pile à combustible : il s'agissait d'une cellule hydrogène-oxygène avec des électrodes de platine poreuse et de l'acide sulfurique comme électrolyte [3]. Cependant, cette technique resta ensuite plus ou moins dans l'oubli tandis que se développaient les machines thermiques, les accumulateurs et les piles électriques [3]. m Seuls quelques chercheurs continuèrent desintéresser à cette technologie afin de comprendre les différents phénomènes électrochimiques se produisant dans la pile [3.]. De nouveaux matériaux d’électrolytes furent également introduits tels que les carbonates fondus, les oxydes solides et l’acide phosphorique qui seront la base des différents types de piles d'aujourd'hui.([3]
C'est réellement au début des années 1990 que les piles connaissent un regain d'intérêt. Cela est dû à un début de prise de conscience sur la nécessité de trouver des moyens de production d’énergie moins polluants, sur les réserves limitées en énergies fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) et les incertitudes liées à leur approvisionnement, sur l’augmentation des besoins énergétiques à l’échelle mondiale et enfin sur l'intérêt d'une production d'électricité décentralisée.[4]

       Les piles présentent un avantage en termes de pollution: si on utilise de l'hydrogène pur, les rejets sont pratiquement nuls et en principe plus faibles que dans les technologies concurrentes si l'hydrogène est produit par reformage. De plus, les nuisances sonores sont très faibles, ce qui facilite l'insertion urbaine.[4]

       Tous les constructeurs automobiles se lancent aujourd’hui dans l’aventure. 30 bus Citaro de Mercedes-Benz équipés d’une pile à combustible de 205 kW (fabriquée par Ballard) sillonnent différentes villes d’Europe. Une cinquantaine de voitures NECAR de Mercedes- Benz ont été livrées en 2004. Et tous les autres grands constructeurs automobiles ont maintenant des prototypes similaires. Les premières stations à hydrogène gazeux ou liquide viennent également de voir le jour, en particulier en Allemagne en Islande et au Japon. [4]


        Les piles à combustible ne retrouvèrent un réel intérêt qu’en 1853 avec la réalisation d’un prototype H2-O2 par F [3]. . Bacon. Cette pile utilisait des électrodes poreuses de nickel et d’oxydes de nickel avec un électrolyte alcalin permettant de développer une densité de courant de 1 A/cm2 pour une tension de 0,8 V[3].  . Ce prototype fut à la base des générateurs électriques propulsant les véhicules spatiaux habités de la NASA tels que Gemini en 1963[3].

        Avec les chocs pétroliers des années 70, les recherches menées aux Etats-Unis, en Europe et au Japon se sont intensifiées afin d’améliorer les différents composants de la pile: électrolyte, électrodes, ainsi que tous les périphériques: compresseurs, échangeurs, systèmes de stockage, de distribution et production d’hydrogène, l’emploi de combustibles nécessitant moins d’investissements concernant les infrastructures de transport (méthanol, essence, gaz naturel et éthanol avec reformeur embarqué ou charbon et hydrocarbures légers avec reformeur stationnaire).

       Malgré quelques réussites, les piles restent à cette époque coûteuse, de faible durée de vie, avec un volume et un poids trop importants pour être insérées dans un véhicule. Pour ces raisons, lestravaux se ralentissent en France: seule une veille technologique ainsi que des travaux universitaires sont maintenus. En revanche, les Etats Unis, le Japon et l'Allemagne ont poursuivi leurs recherches. On assiste alors à une différenciation entre l'Amérique du Nord et le Japon où règne une intense activité de recherche et de développement poussée par leurs gouvernements respectifs alors qu'en Europe (sauf en Allemagne), cette activité est restée assez faible pendant

les années 80. Les piles ont connu un développement accentué après 1987 avec la création de la firme canadienne Ballard. [4]
Source : LAMY et J.-M. LEGER, « Les piles à combustible : application au véhicule électrique » Colloque Cl, supplément au Journal de Physique III, Volume 4, janvier 1994