Pile à combustible

7/mars2009  des longs bus équipés de piles à combustible
18févr2009   USA: remplacer le platine des électrodes dans les piles à combustible
1févr2009   Japon: l'électricité du foyer générée sur place avec des piles à combustible
30janv2009   USA: la plus petite pile à combustible du monde
28janv2009   USA: a dirt-bag fuel cell
29nov2007    Un prototype de cellule a combustible entre en service
27nov2007    Volkswagen dévoile la première voiture au monde dotée d'une pile à combustible à haute température.

7/3   des longs bus équipés de piles à combustible

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/57941.htm

Le Land de Rhénanie du Nord-Westphalie (RNW) et les Pays-Bas veulent développer ensemble un bus articulé de 18 mètres, équipé d'un moteur hybride associant pile à combustible (PAC) et batterie. Pour cela, le Land mettra à disposition 1,4 millions d'euros venant de "EU-NRW Ziel-2" [1], programme FEDER de l'Union européenne avec la RNW. Du côté allemand, le coût du projet sera de 3,1 millions d'euros.

Après un an de développement, 4 bus de ce type devraient être testés dans les réseaux de bus à Cologne et à Amsterdam. L'utilisation de la PAC permet d'éviter les émissions de polluants, mais aussi de réduire considérablement la pollution sonore. Pour la Ministre de l'économie, des petites et moyennes entreprises et de l'énergie de RNW, Christa Thoben, "il s'agit d'une étape importante vers les technologies d'avenir et un réseau de transports en commun respectueux de l'environnement".

Parmi les partenaires qui participeront à ce projet, l'entreprise Vossloh Kiepe GmbH de Düsseldorf développera le système de management énergétique ainsi que la chaîne cinématique, c'est-à-dire l'ensemble des pièces mécaniques en rotation situées entre le moteur et les roues et l'entreprise Hoppecke Batterien GmbH&Co. KG de Brillon se chargera des batteries nickel-métal hydrures. En amont, à l'Ecole supérieure spécialisée de Cologne et l'Université d'Aix-la-Chapelle (RWTH), le concept de stockage d'énergie sera établi et la chaîne cinématique conçue et simulée.

"Les changements qu'apporteront la large utilisation de la PAC et de l'hydrogène seront un atout durable pour la RNW", d'après la Ministre. En effet, le Land disposerait de bonnes capacités pour bâtir les infrastructures nécessaires à l'hydrogène. Les sous-produits de procédés industriels fourniraient des quantités appréciables d'hydrogène en RNW. En outre, les pipelines d'hydrogène existants déjà et leur proximité avec les industries qui produiraient alors l'hydrogène faciliteraient son transport.

Le projet fait partie du réseau de compétences (Kompetenznetwerk) "NRW Hydrogen HyWay" [2], qui concentre ses activités sur le soutien de nombreux projets pour le développement et le test de technologies faisant appel à la PAC et à l'hydrogène. Plus de 50 millions d'euros venant du Land et de l'UE devraient être investis ces prochaines années dans ces projets.

18/2   USA: remplacer le platine des électrodes dans les piles à combustible

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/57728.htm

Parmi les solutions pour remplacer à terme les énergies fossiles, une des plus prometteuses technologiquement est la pile à combustible. Une équipe constituée de différents chercheurs des universités de Dayton, d'Akron et d'un laboratoire de l'Air Force (Ohio), s'est penchée sur le problème des électrodes. Les chercheurs ont en effet trouvé une solution qui pourrait permettre de remplacer l'utilisation du platine par (encore eux !) des nanotubes de carbone, dopés au nitrogène...

Le platine recouvre typiquement en fine couche les électrodes pour jouer le rôle de catalyseur dans les réactions chimiques de réduction et d'oxydation. Il est très utilisé, sous différentes formes, par exemple des nanoparticules, mais il reste un obstacle aux applications à grande échelle de ces piles, du fait de son prix élevé. L'équipe de chercheurs, dirigée par Liming Dai, a montré que des nanotubes dopés au nitrogène alignés verticalement peuvent agir comme une électrode ayant de bien meilleures activité électrocatalytique, stabilité à long terme, et tolérance à l'effet de "crossover" que le platine dans les piles à combustibles alcalines. La solution apportée par l'équipe montre des résultats très prometteurs, avec des densités de courant quatre fois supérieures aux électrodes au platine courantes. Un autre problème des électrodes de platine est que le monoxyde de carbone venait se coller à la surface du platine et rendre l'électrode moins efficace avec le temps, mais il n'en est rien sur les nanotubes.

La présence de petite quantité de nitrogène sur les parois des nanotubes, typiquement autour de quatre ou six atomes de nitrogène tous les 100 atomes de carbone, a pour effet de repousser les électrons des atomes de carbone voisins, leur donnant une charge positive. Lorsqu'un potentiel électrochimique est appliqué à l'électrode, ces atomes de carbone sont réduits et deviennent négatifs ou neutres. Lorsque l'oxygène est présenté à la surface de l'électrode, les atomes de carbone sont prêts à donner des électrons pour revenir à leur état positif d'origine. C'est, d'après Dai, le mécanisme qui se produit à la cathode pour la réduction de l'oxygène.

Pour fabriquer les électrodes, les chercheurs ont commencé avec un composé de carbone, de nitrogène et de fer. Ils placent ce composé sur un substrat de quartz, et chauffent en présence d'ammoniac, ce qui forme les nanotubes dopés au nitrogène. Après une oxydation pour se débarrasser de l'excès de fer, la couche de nanotubes est transférée sur un polymère, l'électrode est ainsi formée.

D'autres équipe se penchent le problème de l'utilisation du platine sur les électrodes : Kotoro Sasaki, et ses collègues du Brookhaven National Laboratory, se penchent sur des pellicules de platine d'un atome d'épaisseur pour réduire la quantité utilisée. En Australie, des chercheurs de Monash University ont fait des cathodes en polymère appelé PEDOT. Au Argone National Laboratory, des chercheurs ont fait pousser des forêts de nanotubes avec de micro quantités de platine ou de fer.

Contacts: http://www.annso.freesurf.fr/DMFC.html

Sources: - "Cheaper Fuel Cells", 5 février 2009¨, http://www.technologyreview.com/energy/22074/
- "Carbon nanotube catalysts 'better than platinum", 5 février 2009, http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/February/05020902.asp
- "Nitrogen-doped carbon nanotube catalyst systems for low-cost fuel cells", 5 février 2009 http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=9177.php

1/2   Japon: l'électricité du foyer générée sur place avec des piles à combustible

 (AFP)

Six compagnies de gaz et pétrolières japonaises ont annoncé la commercialisation à grande échelle à partir du printemps prochain de générateurs d'électricité à pile à combustible pour les foyers de l'archipel, se plaçant ainsi à l'avant-garde mondiale dans ce domaine.
 
Tokyo Gas, Osaka Gas, Nippon Oil et trois autres groupes d'énergies diverses vont mettre en vente à partir du mois de mai des générateurs qui permettront aux propriétaires d'une maison individuelle de créer leur propre électricité à domicile, à partir de gaz liquéfié d'où sera extrait l'hydrogène nécessaire dans les piles à combustible.
 
L'électricité sera créée par le système (de la taille d'une chaudière) en faisant passer dans un circuit des électrons extirpés d'hydrogène, substance qui est ensuite recombinée avec l'oxygène de l'air pour former de l'eau sans rien rejeter d'autre.
 
Ce système, qui simultanément fournit de l'eau chaude, permet ainsi une forte réduction des émissions de gaz à effet de serre (CO2) jugés responsables du réchauffement climatique.
 
"Nous espérons en vendre 2,5 millions d'ici 2030 (un peu plus de 5% du nombre de foyers)" dont 4.000 à 5.000 la première année, ont indiqué conjointement les six entreprises qui font cause commune dans le but de faire du Japon "la nation de l'environnement".
 
Depuis 2005 est conduite une expérimentation grandeur nature avec des foyers nippons volontaires, au nombre de plus de 3.000 actuellement.
 
Le système mis en vente (destiné à des pavillons) coûtera 3,2 à 3,5 millions de yens (26.500 à 28.300 euros). L'Etat japonais, qui souhaite voir ce type d'équipement adopté par un maximum de maisonnées, offrira une subvention qui pourra atteindre 1,4 million de yen par foyer.
 
Les recherches se poursuivent afin de faire chuter le prix de l'équipement à à un million de yens environ d'ici deux ou trois ans, un facteur-clé pour faire réellement décoller le marché. Le but est ensuite de descendre à 500.000 yens (3.250 euros) en 2015.

30/1   USA: la plus petite pile à combustible du monde

http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/technologie-1/d/la-plus-petite-pile-a-combustible-du-monde_17901/

Une boîte carrée de 3 millimètres de côté : c'est un volume suffisant pour une pile à combustible, capable de délivrer un courant électrique grâce à la réaction chimique entre oxygène et hydrogène. Sa capacité est extrêmement faible mais les chercheurs estiment avoir franchi une étape.

A l'université d'Urbana-Champaign (Illinois, Etats-Unis), une équipe de chercheurs est parvenue à réaliser une pile à combustible miniaturisée au point de tenir sur le bout du doigt. L'exploit n'est pas mince, d'autant que cet objet de 3 millimètres de côté pour un millimètre d'épaisseur embarque aussi le carburant, en l'occurrence l'hydrogène.

Depuis des décennies de recherche, les piles à combustible, qui produisent de l'électricité grâce à l'oxygène de l'air et à l'hydrogène puisé dans un réservoir, n'en finissent pas d'évoluer dans des directions multiples. Elles diffèrent par l'électrolyte, le matériau séparant les deux électrodes, l'une assurant la réaction avec l'oxygène et l'autre celle avec l'hydrogène. La méthode de stockage de l'hydrogène varie également beaucoup. Il peut être pur, sous forme gazeuse et comprimée, ou liquide, à température très basse. On peut aussi utiliser des molécules riches en hydrogène, comme le méthanol ou des hydrures métalliques.

Les piles combustibles existant aujourd'hui ont des tailles extrêmement variables. Les plus lourdes sont des installations industrielles et pèsent des dizaines de tonnes.

D'autres sont conçues pour se glisser – un jour – dans nos voitures voire nos avions devenus électriques et les plus petites ont le volume d'un briquet et pourraient alimenter un baladeur. Les modèles les plus petits utilisent le méthanol. En 2008, une équipe franco-japonaise a décrit une pile DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) de 0,3 centimètre carré et capable de produire 12,5 mW/cm².

Un courant très faible

Saeed Moghaddam, avec l'équipe de Mark Shannon, est descendu plus bas dans l'échelle en cherchant à réaliser une pile à combustible capable d'alimenter des dispositifs miniaturisés, dans le domaine des nanotechnologies et des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Leur travail vient d'être publié dans la revue Journal of Microelectromechanical Systems.

Leur dispositif est un récipient double, contenant d'un côté de l'eau et de l'autre un hydrure métallique (LiH, LiAlH₄ ou CaH₂). Ce dernier fait office de réservoir d'hydrogène. Entre les deux, une cloison s'ouvre par intermittence grâce à un procédé astucieux. L'eau pénètre dans le récipient contenant l'hydrure métallique et réagit avec lui. La conséquence est une production d'hydrogène gazeux qui pourra réagir sur l'une des électrodes. La vapeur augmentant la pression dans cette chambre, elle déforme la cloison jusqu'à obturer momentanément les orifices (voir le schéma).

Ce minuscule système génère un courant électrique très faible. Le premier prototype a fourni 0,1 milliampère sous 0,7 volt durant 30 heures. Saeed Moghaddam affirme avoir atteint ensuite 1 milliampère. Ces performances restent encore très loin de ce qui serait nécessaire à des applications concrètes. Mais, par rapport aux modèles à méthanol, celui-ci présente l'avantage de ne pas nécessiter de réservoir extérieur puisque l'hydrogène est inclus dans la pile. Ce principe est donc une nouvelle voie. Affaire à suivre...

28/1   USA: a dirt-bag fuel cell

http://www.technologyreview.com/blog/editors/22496/?nlid=1690

A simple microbial fuel cell could offer reliable power in the developing world.

A startup that is striving to bring energy to countries that lack reliable power has developed a remarkably simple new microbial fuel-cell design: grain bags, stuffed with metal and dirt. Lebônê, a startup based at Harvard University, has already shown how to make fuel cells from buckets full of wastewater, with a graphite cloth as the anode and chicken wire as the cathode. In this setup, bacteria extract electrons from organic waste at the anode to generate small amounts of power--enough to charge, say, a flashlight or cell phone.

29/11   Un prototype de cellule a combustible entre en service
   http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/51967.htm

La premiere pile a combustible basee sur la technologie SOFC (solid oxide fuel cell, piles a combustible ceramique) a ete mise en service le 28 octobre 2007 dans les laboratoires de l'entreprise finlandaise Wartsila a Espoo, Finlande. L'unite a un rendement de 20kWe.

Ce prototype baptisee WFC 20 est le premier du genre a avoir ete construit en Finlande et l'un des premiers au monde dans cette gamme de production basee sur la technologie SOFC de type planaire. Une fois que l'unite atteindra la temperature de fonctionnement de 750.C, la pile commencera a generer de l'electricite en utilisant le gaz naturel, biogaz ou methanol comme source d'energie.

Wartsila developpe des technologies a base de piles a combustible depuis l'an 2000 en collaboration avec Topsoe Fuel Cells (une entreprise danoise) et le VTT (Centre de recherche technique de Finlande). Le projet fait partie d'un programme technologique finance par l'agence finlandaise pour la technologie et l'innovation (TEKES) d'une duree de cinq ans.

Les piles SOFC de par leur temperature de fonctionnement elevee presentent l'avantage de pouvoir utiliser directement le gaz naturel permettant le developpement industriel de ces generateurs electriques.

Pour en savoir plus, contacts :
Erkko Fontell, directeur recherche et developpement Wartsila - Boite postale 196, 00531 Helsinki - tel. +358 10 709 5228 - email :erkko.fontell@wartsila.com
Sources : site internet du TEKES, http://www.tekes.fi
Redacteur : Marie Aronson, attachee scientifique

27/11   Volkswagen dévoile la première voiture au monde dotée d'une pile à combustible à haute température.

Wolfsburg/Los Angeles, novembre 2007.

Groupe motopropulseur révolutionnaire dévoilé en Californie : Volkswagen présente la  voiture conceptuelle space up! blue au Salon de l'auto de Los Angeles (du 14 au 25 novembre) en première mondiale.

Cette fourgonnette à zéro émission compacte et pleine d'assurance évoque le style du légendaire Volkswagen Samba Bus. Elle est équipée de la première pile à combustible à haute température au monde et de 12 batteries au lithium-ion. Lorsque le moteur électrique de 45 kW est alimenté exclusivement par la batterie, la space up! blue a une autonomie de 105 km, soit assez pour assurer pratiquement tous les déplacements en ville. Dans le monde de demain, ce véhicule Volkswagen quatre places propose de devenir le choix par  excellence pour quiconque voulant, sans aucune émission, se rendre au travail, pratiquer des loisirs, aller à l'école ou faire les boutiques.

        -  Le "plein d'énergie" s'effectue par une prise de courant ou par la pile à combustible à haute température de Volkswagen. Dans ce dernier cas, l'autonomie de la voiture se prolonge de 250 km. Il est ainsi possible de parcourir jusqu'à 355 km avec un seul "plein d'énergie". La minifourgonnette utilise également une autre source d'énergie : le soleil. En effet, elle arbore un grand panneau solaire sur son toit. Ce panneau fournit jusqu'à 150 watts d'énergie qui sont transmis à la batterie.

        -  Avec sa nouvelle pile à combustible à haute température, Volkswagen amorce un virage décisif dans la recherche sur les piles à combustible pour la production en série. En effet, cette pile offre des avantages substantiels par rapport aux autres systèmes à pile à combustible. Elle est notamment beaucoup plus légère, beaucoup plus utile dans la vie courante et beaucoup moins chère. Par conséquent, elle a de meilleures chances de devenir, un jour, une technologie fabriquée en série. La pile à combustible à haute température a été développée dans un centre de recherche spécialisé, fondé par Volkswagen en Allemagne.

        -  En présentant cette voiture conceptuelle à Los Angeles, le constructeur automobile le plus performant d'Europe ajoute, en moins de deux mois, un troisième modèle à sa famille de voitures compactes. A l'instar de la up!, la spécialiste urbaine dévoilée  lors de l'IAA de Francfort, et de la space up! présentée à Tokyo, la space up! blue est une merveille de l'économie d'espace. En effet, avec sa longueur de 3 658 mm, sa hauteur de 1 549 mm et sa largeur de 1 626 mm, elle est aussi spacieuse qu'un véhicule beaucoup plus gros. Le concept compact ingénieux de la space up! blue repose en grande partie sur la disposition du groupe motopropulseur. Autre fait notable, malgré la présence de la pile à combustion et des batteries, la voiture ne pèse que 1 090 kg. Son moteur électrique à zéro émission est placé à l'arrière, comme l'étaient à l'époque ceux des modèles Coccinelle et Bulli           (minibus). Les batteries au lithium-ion logent aussi à l'arrière, plus précisément sous la banquette arrière. La pile à combustible à haute température est pour sa part située à l'avant du véhicule.

 Aspects clés

La voiture conceptuelle de Volkswagen vit d'eau et de soleil.

Elle intègre un réseau énergétique composé de batteries au lithium-ion, d'une pile à combustible et d'une pile solaire. Laspace up! blue est la troisième voiture conceptuelle de la nouvelle famille de voitures compactes de Volkswagen.

    Wolfsburg/Los Angeles, novembre 2007. La voiture conceptuelle space up! blue, avec ses quatre vitres de toit, évoque le modèle Samba Bus des années 50. Cependant, avec une longueur de 3 658 mm, cette voiture conceptuelle contemporaine est presque 600 mm plus courte que le minibus culte de cette époque. La "nouvelle" n'est donc pas une version rétro de l' "ancienne". Néanmoins, outre les vitres de toit, les deux fourgonnettes partagent d'autres caractéristiques. Par exemple, les deux    designs intègrent des portes papillons avec charnières opposées et un moteur à l'arrière.

    Moteur électrique et batterie

Alors qu'il y a 50 ans la propulsion était fournie par un moteur à plat à cylindres opposés situé à l'arrière, celle de la nouvelle voiture conceptuelle utilise un moteur électrique. Ce moteur génère 45 kW,    atteint jusqu'à 10 000 tr/min et développe un couple maximal de 120 Nm.

La propulsion à zéro émission est assurée par 12 batteries au lithium-ion d'une capacité énergique totale de 12 kWh. A ce mode de propulsion, la space up! blue atteint une vitesse de pointe de 120 km/h. Elle passe de 0 à 100 km/h en 13,7 secondes.

Lorsque le moteur est exclusivement alimenté par la batterie, la space up! blue a une autonomie supérieure à 105 km. A titre comparatif, une voiture hybride en mode purement électrique, c'est-à-dire avec l'énergie stockée dans la batterie, ne peut parcourir que deux kilomètres en moyenne. Le moteur à combustion doit prendre la relève de nouveau avant de parcourir cette distance. La space up! blue est par conséquent une approche conceptuelle qui va au-delà de la technologie hybride pour propulser le véhicule exclusivement par batterie, notamment dans les zones urbaines. Toutefois, des batteries au lithium-ion de grande capacité durables et abordables sont requises pour offrir cette technologie. Grâce à ces batteries, le transport pourrait "s'électrifier", c'est-à-dire passer progressivement des moteurs à    combustion à des moteurs électriques, à commencer par les grandes villes.

    L'infrastructure requise est fort simple : des prises de courant! Les espaces et les garages de stationnement publics et privés pourraient s'équiper graduellement de "pompes électriques" pour offrir des capacités de charge. La nuit, les voitures comme la space up! blue pourraient profiter de taux d'électricité réduits, comme c'est souvent le cas dans de nombreux pays, pour "faire le plein". En réalité, dès maintenant, la voiture conceptuelle space up! blue pourrait déjà parcourir les trajets quotidiens moyens en étant propulsée exclusivement par la batterie, même en l'absence d'une pile à combustible.

    Pile à combustible à haute température

    La pile à combustible à haute température pourrait, entre- temps, offrir une conduite non polluante pendant les longs trajets. En effet, cette pile à combustible à haute température génère 12 kW pour alimenter le moteur électrique.

    La pile à combustible utilise l'hydrogène (H(2)) pour produire de l'énergie électrique. Deux réservoirs de sécurité intégrés sous la carrosserie stockent jusqu'à 3,3 kg d'hydrogène comprimé. Cette quantité    est suffisante pour alimenter le moteur électrique sur une distance de 250 km. Avec une batterie pleinement chargée et des réservoirs d'hydrogène pleins, l'autonomie théorique est de 350 km. Il serait donc possible de faire l'aller-retour entre le Salon de l'auto de Los Angeles et la ville pittoresque de Santa Barbara sans faire le "plein d'énergie". Ces distances démontrent que les voitures équipées d'un moteur électrique et d'une pile à combustible sont tout aussi à l'aise sur la grande route qu'en ville.

    Mis à part le fait que l'hydrogène devrait être produit en quantité suffisante par énergie de réupération, un autre problème de taille complique la situation. Jusqu'à présent, toutes les piles à combustible, soit celles à basse température, ne fonctionnent que dans une plage de températures très précise. Si la température monte trop, la récupération énergétique s'interrompt. C'est pourquoi le design de toutes ces piles à combustible comprend des technologies relativement imposantes et complexes de refroidissement et d'humidification. C'est précisément pour cette raison que Volkswagen a développé la pile à combustible à haute température. Cette pile élimine les nombreux désavantages des piles à combustible à basse température existantes. Une nouvelle membrane à haute température et des électrodes spécialement conçues pour celle-ci permettent d'offrir des systèmes à pile à combustible beaucoup plus compacts, abordables et efficaces, comme en témoigne la voiture conceptuelle space up! blue dévoilée à Los Angeles.  En travaillant de concert avec les électrodes conçues sur mesure, la    membrane à haute température peut être utilisée jusqu'à une température maximale de 160 degrés C. Une température de fonctionnement moyenne de 120 degrés C est prévue pour la voiture. En outre, aucune humidification supplémentaire ne sera nécessaire. Par conséquent, seul un système de    gestion de l'eau et du refroidissement beaucoup plus simple est requis, contrairement au système à pile à combustible à basse température. Cette simplicité se traduit par une réduction importante des contraintes d'espace, du poids et des coûts!

    Concept compact

    A l'instar de la up!, la spécialiste urbaine dévoilée lors de l'IAA de Francfort, et de la space up! présentée à Tokyo, la space up! blue est une merveille de l'économie d'espace. En effet, avec sa longueur de 3 658 mm, sa hauteur de 1 549 mm et sa largeur de 163,07 cm, elle est aussi spacieuse qu'un véhicule beaucoup plus gros. Le concept compact ingénieux de la space up! blue repose en grande partie sur la disposition du groupe motopropulseur. Autre fait notable, malgré la présence de la    pile à combustion et des batteries, la voiture ne pèse que 1 090 kg. Son moteur électrique à zéro émission est placé à l'arrière, comme l'étaient à l'époque ceux des modèles Coccinelle et Bulli (minibus). Les batteries au lithium-ion logent aussi à l'arrière. La pile à combustible à haute    température est pour sa part située à l'avant du véhicule. Renseignements: Patrick Saint-Pierre, (905) 428-5858,

Patrick.Saint-Pierre@vw.com