Volkswagen parie sur la pile à combustible haute température
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Au niveau de l’anode, l’hydrogène se sépare en électrons et en protons. Les protons chargés positivement traversent la membrane en direction de l’autre électrode, la cathode. Les électrons à charge négative rejoignent la cathode en passant par le circuit électrique extérieur.
Cette circulation électrique alimente le moteur électrique du véhicule. Les protons, l’oxygène et les électrons réagissent, du côté de la cathode, en produisant de l’eau qui est en plus grande partie éliminée par l’échappement. Environ 60 % de l’énergie apportée par le vecteur hydrogène est transformé en électricité durant ce processus.
Sur les piles à combustible basse température qui ont été principalement utilisées jusqu’à présent, le transport des protons entre l’anode et la cathode par l’intermédiaire de la membrane s’effectue au travers d’une liaison de courte durée entre les protons et l’eau se trouvant dans la membrane.
Les gaz intervenant dans la réaction, l’hydrogène et l’air, doivent donc être humidifiés en permanence pour que la membrane ne se dessèche pas. Ceci entraîne deux inconvénients majeurs. Comme indiqué précédemment, le température de la membrane ne doit pas dépasser 80°C. Cela signifie une très faible différence de température entre le fluide de refroidissement et l’air ambiant.
Dans ces conditions, la conduite en montagne et l’utilisation d’une remorque sont pratiquement exclues. Pour assurer cependant un refroidissement suffisant, les systèmes de piles à combustible basse température, susceptibles d’être utilisés pour la motorisation des véhicules dans le cadre d’un usage quotidien, nécessitent des radiateurs trois fois plus grands que des moteurs diesel. Et ceci ne prend pas en compte les situations particulières comme la conduite en montagne et les exigences plus élevées en matière de refroidissement qui en découle.
Les véhicules équipés de moteurs à combustion classiques dégagent davantage de chaleur que les véhicules à moteur électrique alimenté par piles à combustible. Dans le cas des premiers, ce dégagement de chaleur peut être évacué dans l’environnement par l’intermédiaire du circuit de refroidissement moteur et par les gaz d’échappement.
Cette possibilité n’existe pas pour les piles à combustion. Compte tenu de leur température de fonctionnement relativement peu élevée, l’évacuation de la chaleur se fait presque exclusivement par l’intermédiaire du système de refroidissement et non pas les gaz d’échappement.
En conséquence, et pour un même rendement, le radiateur du véhicule devra donc évacuer une quantité de chaleur plus de deux fois supérieure. Et ce malgré l’efficacité clairement supérieure des piles à combustible.
Un autre problème se pose : les gaz d’alimentation – hydrogène et air – tendent à dessécher l’électrolyte – les molécules d’eau stockées dans la membrane, ce qui entraînerait une interruption de la production de courant. Un dispositif spécial humidifie donc en permanence les gaz à leur arrivée sur les électrodes.
Ceci implique l’intégration dans les véhicules de systèmes technologiques additionnels complexes et coûteux, qui augmentent également le poids de l’ensemble.