II.3- Différents types de pile

Les piles peuvent être classées suivant de nombreux critères : température de fonctionnement, nature de l’électrolyte, charge de l’ion diffusant dans l’électrolyte, type de combustible, pile à oxydation directe ou indirecte .

La classification communément adoptée est basée sur la nature de l’électrolyte. On distingue généralement 2 grandes familles de piles, selon la charge de l'ion diffusant dans l'électrolyte: ion chargé positivement (on parle alors de pile à électrolyte acide) ou négativement (on parle alors de pile à électrolyte alcalin).

Parmi les piles à électrolyte acide, on trouve:

Les piles à combustible à oxyde solide (SOFC: Solid Oxyde Fuel Cell en anglais)

Principe: La pile à oxyde solide (SOFC) utilise un électrolyte de céramique revêtu de matériaux d'électrode poreux spéciaux, et elle peut utiliser des composés de nickel comme catalyseurs. Sa grande efficacité et sa chaleur de haute température (d'environ 1000°C) constituent ses principales avantages.

Applications: Grâce à sa puissance de sortie qui varie de 1 à 250 kW, la pile SOFC peut être employée dans les systèmes d'alimentation fixes. Sa température élevée de fonctionnement permet d'utiliser la chaleur qu'elle produit pour chauffer une zone localisée ou même faire fonctionner une turbine à vapeur, qui récupère une partie de la chaleur: elle produit donc électricité et énergie thermique.

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Les piles à combustible à méthanol direct (DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)

Principe: La pile à méthanol direct est un type particulier de pile PEMFC qui convertit, par un procédé électrochimique, le méthanol et l'oxygène en dioxyde de carbone et en eau pour produire de l'électricité et de la chaleur. La conversion du méthanol n'est pas aussi simple que celle de l'hydrogène. C'est pourquoi la pile DMFC a une densité de puissance inférieure à celle d'une pile PEMFC.

Applications: Sa puissance de sortie varie de 1 mW à 25 kW. ApplicationsLa pile DMFC sert à diverses applications, par exemple   dans de petits dispositifs, dont les tondeuses de pelouse, les ordinateurs portatifs et d'autres dispositifs électroniques grand public.

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Les piles à combustible à acide phosphorique (PAFC: Phosphoric acid Fuel Cell)

Principe: La pile à acide phosphorique (PAFC) utilise, comme son nom l'indique, l'acide phosphorique comme électrolyte. Elle fonctionne à une température de 150 °C à 200 °C. La chaleur résiduelle peut être réutilisée dans un système de cogénération.

Applications: La puissance de sortie est environ de 250 kW, ce qui fait de la pile PAFC le choix idéal pour les petits systèmes d'alimentation fixes. Un système fixe de cogénération de 200 kW à pile PAFC a été le premier produit commercial de cette pile.

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Les piles à combustible à électrolyte polymère solide (PEMFC: Proton Exchange Membran Fuel Cell)

Principe: La pile à combustible à membrane échangeuse de protons fonctionne à une température relativement basse: elle démarre et se réchauffe rapidement et elle n'a pas besoin d'isolant thermique. L'électrolyte est souvent une mince membrane de polymère, et le platine est un catalyseur que l'on voit souvent dans ce type de pile.

Applications: La puissance de sortie varie de 50 mW à 250 kW. Ces piles constituent actuellement la principale technologie des applications du secteur des transports, et elles sont aussi utilisées pour des applications fixes de faibles dimensions, ainsi que pour des micro-applications et des applications compactes portatives.

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On trouve par ailleurs les piles à combustible à électrolyte alcalin (AFC: Alkaline Fuel Cell)

Principe: La pile à combustible alcaline, un des plus anciens dispositifs, utilise une solution d'hydroxyde de potassium à base d'eau comme électrolyte. La plupart des piles fonctionnent à des températures variant entre 100 et 250°C, toutefois, les nouveaux modèles se contentent de températures entre 23 et 80°C. L'électrolyte utilisé dans la plupart des piles alcalines ne gèle pas, ce qui permet des démarrages rapides et un fonctionnement dans des températures sous le zéro.

Applications: Il en résulte une production s'échelonnant de 300 Watts à 20 kW. On s'est tourné vers les piles à combustible alcalines pour obtenir de l'électricité, de la chaleur et de l'eau potable à l'intérieur des astronefs avec équipage. En tant que dispositifs de rechange à faible température, les piles à combustible alcalines sont considérées comme convenant parfaitement à une multitude d'applications stationnaires, Applicationsportatives et mobiles. À titre d'exemple, elles sont employées couramment dans les voiturettes de golf, les chariots élévateurs à fourches et les véhicules tous terrains.

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Le tableau ci-dessous regroupe les différents types de piles et leurs principales caractéristiques:

Voir le tableau sur les différents types de la pile à combustible

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