Piles à combustible

TOUT CE QUE VOUS VOULIEZ SAVOIR SUR
LA PILE A COMBUSTIBLE
Actualité internationale
2005
décembre Source ADIT, Une pile à combustible qui génère plus d'énergie:
    Sony Corp. a développé une nouvelle technologie permettant à une pile à combustible au méthanol (DMFC) de générer 100 mW.h/cm² à température ambiante.
    Ce niveau d'efficacité, de 60% plus élevé que les modèles conventionnels, a été atteint en réduisant les pertes de méthanol, qui est un liquide très volatil.
    Des fullerènes (des molécules sphériques composées d'atomes de carbone) ont été inclus dans le film polymère dont est composé la membrane électrolytique de la pile à combustible. C'est ce film qui empêche le passage des atomes d'oxygène et réduit les fuites de méthanol.
Source: The Nikkei Business; http://www.fuelcelltoday.com novembre Source ADIT, Corée (du Sud): Samsung commercialisera une pile à combustible butane dès 2007:

    Samsung SDI commercialisera une pile à combustible capable d'utiliser le gaz butane commercial pour générer l'électricité nécessaire aux dispositifs électroniques portables d'ici 2007.
    Samsung a annoncé le 14 juillet avoir développé une pile à combustible pouvant produire 100 watts d'électricite pendant 5 heures successives à partir du butane liquefie contenu dans les cartouches de 220 g utilisées couramment dans les réchauds portables.
    Selon un responsable de Samsung SDI, ce dispositif pourra permettre de faire fonctionner un "notebook" consommant 20 W pendant plus de 20 heures ou une télévision portable consommant 60 W pendant 8 heures.

Les utilisateurs devront simplement insérer la cartouche de gaz dans le dispositif et raccorder leur matériel électronique à la pile à combustible.
    Samsung SDI espère que la pile à combustible butane eémergera comme générateur transportable, répandu aussi bien pour des activités extérieures que comme secours lors de coupures de courant.
    Le seul inconvénient du système est son poids puisque chaque unité pese 10 kg.
    Samsung prévoit d'améliorer la portabilité de sa pile à combustible en réduisant de moitié la taille et le poids de son prototype. A long terme, cette cellule sera de la dimension des batteries de "notebook".
Source: The Korea Times, 15/07/2005 ; Kim Sung-jin

octobre · Sources ADIT:
· · Grande - Bretagne: Une nouvelle pile à combustible permettant d'en réduire considérablement le coût

Une entreprise, ITM Power, située dans le comté de Cambridge, vient de créer une nouvelle membrane pour les piles à combustible PEMFC (Proton Exchange Membrane fuel Cell). Ces piles, fonctionnant au méthanol, utilisaient comme membrane du Nafion, qui coûte environ 500 dollars (environ 400 €) par m². Cependant, ITM Power a développé une membrane à base de polymère d'hydrocarbure, qui en plus d'avoir une conductivité ionique trois fois supérieure au Nafion, coûte seulement 5 dollars (environ 4 €) par m². En outre, cette nouvelle membrane diminue les fuites transmembranaires de méthanol. Elle va permettre aux piles d'utiliser un milieu alcalin, qui produit une activité catalytique supérieure au milieu acide employé habituellement. Le platine pourra ainsi être remplacé par du palladium en tant que catalyseur du côté du combustible, ce qui entraînera une diminution du prix de 25%.
Cette pile, à la difference des piles à combustible conventionnelles, utilise deux liquides et ne nécessite pas d'air. Le combustible employé est une solution de borohydrure de sodium, qui transporte 50% d'énergie en plus par kilogramme que le méthanol, et l'oxydant est du peroxyde d'hydrogène. Le fait que l'oxydant soit liquide permet d'ajuster des paramètres tels que l'hydratation, le pH et la conductivité ionique.

    Les piles sont produites en utilisant le procédé "one-step" d'ITM: les liquides sont versés dans un moule contenant la membrane et le catalyseur, puis l'ensemble est introduit dans une chambre à rayonnement gamma, ou les liquides se gélifient et restent élastiques. Ces piles sont moulées dans différentes formes et peuvent se courber pour s'adapter à n'importe quelle configuration, contrairement aux systèmes conventionnels.
    Ainsi le système peut être utilisé par les services d'urgences car il n'émet ni CO₂ ni fumée contrairement aux piles classiques. Comme elle est complètement hermétique, son usage peut être élargi pour des applications sous-marines et aéronautiques.
    D'après le président d'ITM Power, Jim Heathcote, cet appareil peut produire continuellement 20 W de puissance pendant plus de trois jours, ce qui est le standard minimum pour les armées britannique et américaine.
    Ce système annonce peut être l'ère des piles à combustible accessible à tous car économiquement viable.
    "C'est un changement fondamental dans la conception des pile à combustible" estime le président Heathcote.

Source: e4, http://www.e4engineering.com/Home/Default.aspx

· · Danemark: Méthode pour le stockage de l’hydrogène:

Conjointement avec la société Amminex, des chercheurs de l’Université Technique du Danemark ont mis au point un nouveau substrat pour le stockage de l’hydrogène, sous forme d’ammoniac. Conditionné en pastilles solides d’environ 1 cm3, ce support permet le stockage réversible de l’ammoniac à faible pression (0,002 bar) et température ambiante.

L’hydrogène, contenu à près de 10 % de la masse des pastilles, est obtenu par désorption de l’ammoniac, puis décomposition sur un catalyseur approprié. Outre la facilité et la sûreté de mise en œuvre, ce procédé peu coûteux s’avère plus avantageux que d’autres méthodes au regard, par exemple, de la densité de stockage ou de la rapidité de la cinétique.

juillet

· Sources ADIT:

Allemagne: le centre de recherche de Karlsruhe (FZK) mene des tests de securite sur un nouveau matériau permettant le stockage de l'hydrogène
     Des scientifiques du FZK ont mené avec succès le premier test de sécurité dans des conditions normales de fonctionnement, d'un matériau high-tech destiné au stockage de l'hydrogène. Il s'agit d'une poudre "nanométrique" composé de titana et d'alanate de sodium qui peut contenir plus de 7% en masse d'hydrogène.
     L'explosion d'un réservoir à hydrogène rempli de ce materiau n'a pas provoqué la combustion de l'hydrogène. Ce résultat est très important pour le développement de réservoirs, notamment destinés aux futurs véhicules à hydrogène.
     D'autres tests sont prévus pour mieux comprendre et dominer les risques potentiels du matériau utilisé.
     Ces expériences sont menées par les chercheurs du groupe de travail "HyTecGroup" du centre de recherche de Karlsruhe, dédié à l'étude des technologies de l'hydrogène. L'objectif du groupe est de fédérer les activités de recherche sur la production et le stockage de l'hydrogène dans les domaines stationnaires et mobiles.
     Le centre de sécurité Hydrogène du même centre de recherche qui a réalisé le test, a été créé avec le soutien de constructeurs automobiles de renom, et a été inauguré en octobre 2004. Il s'agit du plus grand centre européen de ce domaine.

Source: Depeche IDW, communique de presse du FZK, 27/06/2005

Danemark: une nouvelle méthode pour le stockage de l'hydrogène
     Un groupe de chercheurs de l'Université Technique du Danemark (DTU) a inventé une méthode de stockage de l'hydrogène qui est réversible, compacte et sans danger.
     Le matériau de stockage se présente sous la forme de pastilles d'un cm³. Les inventeurs de cette méthode, en partenariat avec DTU et le fond d'entrepreneurs SeeD Capital Denmark ont fondé la société AMMINEX dans le but de commercialiser leur technologie.
     Le stockage efficace et sûr de l'hydrogène pour la production d'énergie a fait l'objet de beaucoup d'attention ces dernières années. La plupart des recherches dans ce domaine se concentrent sur les "hydrures complexes" à base d'alanates et de borates.

Certains hydrures ont des qualités prometteuses mais la plupart souffrent d'une trop faible densité en hydrogène, d'une cinétique trop lente et d'un manque de réversibilité. De plus, tous les matériaux à base d'hydrures sont extrêmement réactifs en présence d'oxygène et d'eau, ce qui rend leur manipulation très difficile.
     L'ammoniaque est, en théorie, le transporteur d'hydrogène ideal. La décomposition de l'ammoniaque en hydrogène et en azote et la transformation inverse: la synthèse de l'ammoniaques, sont des réactions bien connues et qui peuvent se dérouler à des températures relativement basses: autour de 600-650K (environ 326-376 °C). Cependant, en terme de sûreté, il n'est pas souhaitable de transporter de l'ammoniaque liquide dans un réservoir pressurisé. Une fuite pourrait causer une expansion rapide de gaz toxiques d'ammoniaque dans les environs.
     Dans le nouveau matériau de stockage de l'hydrogène développé par AMMINEX, la pression de l'ammoniaque est faible (0.002 bar) à température ambiante.
     Il se présente sous forme de pastilles solides, ce qui permet de le manipuler facilement et sans danger. Ces pastilles contiennent plus de 9% d'hydrogène en poids. A partir de ce matériau, l'hydrogène est obtenu en désorbant l'ammoniaque qu'il contient puis en le passant dans un catalyseur à décomposition d'ammoniaque.
     Cette méthode de stockage possède plusieurs points forts:
     - elle a été vérifiée expérimentalement sur une échelle de 100g à 1kg de matériau;
     - elle permet de stocker de l'hydrogène à une forte densité;
     - elle est réversible;
     - elle possède une cinétique rapide;
     - elle est facile et sans danger à manipuler dans les conditions atmosphériques;
     - elle est bon marché (moins d'1 € par kilo en matériel brut);
     - elle est potentiellement un système sans emission de CO₂.
     De nombreuses applications pour cette méthode de stockage sont envisageables comme par exemple son utilisation dans les piles à combustible.
     Pour plus d'informations, consultez le site Internet de AMMINEX
Contacts:
Tue Johannessen, directeur technique de AMMINEX, courriel : tj@amminex.com,
tel : +45 22 54 62 42
Source:
- Politiken (21/04/05)

août Source ADIT, Etats - Unis: Fuel cells might get hydrogen from water, organic material
ABSTRACT
Hydrogen production from hydrolytic oxidation of organosilanes using a cationic oxorhenium catalyst
Elon A. Ison, Rex A. Corbin and Mahdi Abu-Omar
We describe herein the novel application of a transition metal oxo complex, a cationic oxorhenium(V) oxazoline, in the production of molecular hydrogen (H2) from the catalytic hydrolytic oxidation of organosilanes. The main highlights of the reaction are quantitative hydrogen yields, low catalyst loading, ambient conditions, high selectivity for silanols, water as the only co-reagent, and no solvent requirement. The amount of hydrogen produced is proportional to the water stoichiometry. Thus, reaction mixtures of polysilyl organics such as HC(SiH3)3 and water contain potentially > 6% by weight hydrogen. Kinetic and isotope labeling experiments have revealed a new mechanistic paradigm for the activation of Si-H bonds by oxometalates.

WEST LAFAYETTE, Ind. – A novel technique for producing hydrogen from water and organic material has been found recently at Purdue University, a discovery that could help speed the creation of viable hydrogen storage technology.
    Though the method has not yet been evaluated for economic feasibility on a large scale, chemist Mahdi Abu-Omar said it could offer solutions to several problems facing developers of fuel cells, which are looked upon as a potential replacement to fossil-fuel burning engines in automobiles. The technique requires only water, a catalyst based on the metal rhenium (REE-nee-um) and an organic liquid called an organosilane, which can be stored and transported easily.
    "We have discovered a catalyst that can produce ready quantities of hydrogen without the need for extreme cold temperatures or high pressures, which are often required in other production and storage methods," said Abu-Omar, an associate professor of chemistry in Purdue's College of Science. "It is possible that this technique could lead to fuel cells that are safe, efficient and not dependent on fossil fuels as their energy source."
    Abu-Omar's research team, which includes Purdue's Elon A. Ison and Rex A. Corbin, published their findings today (Wednesday, Aug. 31) in the Journal of the American Chemical Society.
    Hydrogen is the most plentiful element on Earth and, once isolated, is a clean-burning fuel that produces neither greenhouse gases nor toxic emissions. Because hydrogen can be used for electricity production, transportation and other energy needs, many see a changeover to a "hydrogen economy" from our oil-based one as the solution to global energy problems. But before hydrogen can be used as fuel, it must be extracted from other substances that are often fossil fuels, and then stored safely in sufficient quantities. If these problems can be solved, hydrogen-powered generators, known as fuel cells, might replace internal combustion engines everywhere from electrical plants to cars.
    Abu-Omar and his colleagues were not concentrating on these problems when they began studying organosilanes, a group of organic molecules that have been slightly modified in the laboratory. But as commonly happens in science, he said, a project often takes researchers in different directions than originally anticipated.
    "Initially, we were concerned with finding useful catalysts to convert these silicon-based fluids into silanols, another type of substance that is valuable in the chemical industry," he said. "It's the sort of work chemists do all the time, and it's usually of interest only to other chemists. But sometimes the byproducts of conversions are as interesting as what you wanted in the first place."

    Abu-Omar's team took a compound based on rhenium, a comparatively rare metal often obtained while mining copper, and added it to the organosilane in the presence of water. Over the course of an hour, the organosilane changed completely into silanol, leaving the water and rhenium catalyst unchanged. But the team also noticed there was a gas bubbling from the mixture.
    "It turned out to be pure hydrogen," Abu-Omar said. "The reaction is not only efficient at creating silanol, but it also generates hydrogen at a high rate in proportion to the amount of water."
    The team estimates that about 7 gallons each of water and organosilane could combine to produce 6 1/2 pounds of hydrogen, which could power a car for approximately 240 miles.
    "The big question is, of course, whether it would be economically viable to create organosilane fuels in the quantities necessary to power a world full of cars," Abu-Omar said. "As of right now, there simply isn't enough demand to make more than small volumes of this liquid, and while it's a relatively easy process, it's not dirt cheap either."
    But, Abu-Omar speculated, producing organosilanes in larger quantities would bring the price down, and the byproduct – silanol – also could be recycled or sold to lessen the overall cost.
    "On today's chemical market, silanol is even more expensive than organosilanes are, but their value would of course decline as well if there were suddenly millions of gallons of them on the market," he said. "These are the sorts of questions that economists would have to look at, and we have other questions of our own, such as whether these reactions can be carried out on naturally occurring hydrogen sources."
    Abu-Omar said this question might prove to be the more relevant one as investigations continue.
    "I think the big point here is that hydrogen can be produced from water and a form of organic matter," he said. "If this rhenium-based catalyst can do the trick on organosilanes, perhaps we can find other catalysts that can generate hydrogen from garbage, or from biomass left over from the harvest."
    The current findings, he said, demand that the method be scrutinized more carefully.
    "For now, we've demonstrated the initial premise that we can produce and store hydrogen on demand with this method," he said. "It's a great start, but we need to know more about the economic and ecological price of doing this on a larger scale."
    Abu-Omar is affiliated with Purdue's new Energy Center in Discovery Park. The center will focus on developing economically and environmentally sound energy sources, and on helping to change policies and perceptions about the way we use energy. More than 75 campus experts in disciplines from engineering, science, agriculture and liberal arts will contribute to the effort.

Writer: Chad Boutin, (765) 494-2081, cboutin@purdue.edu
Source: Mahdi Abu-Omar, (765) 494-5302, mabuomar@purdue.edu
Purdue News Service: (765) 494-2096; purduenews@purdue.edu juin · Sources ADIT:

L'ENEL (Italie) réalise à Marghera une centrale à hydrogène gigantesque.
    La plus grande centrale du monde alimentée par hydrogène "pour la génération d'énergie électrique à grand rendement, zéro émission et de taille industrielle (20 MW)" entrera en fonction à Marghera (près de Venise) d'ici à 2007, d'après un communiqué de l'ENEL.
    L'installation prévoit un investissement d'environ 33 millions € partiellement financé par l'accord de programmation signé le 25 mars par la Région Vénétie et le ministère de l'Environnement. L'accord, commente Paolo Scaroni, l'administrateur délégué de l'ENEL, fera de Venise et de l'Italie "un vrai centre d'excellence mondial pour les technologies employant l'hydrogène et pour la production d'énergie propre".
Source: Il sole 24 ore
Suisse: Une éponge à hydrogène aux propriétés électriques uniques
     Des chercheurs du Laboratoire de cristallographie de l'Université de Genève (UniGe) ont découvert un nouvel alliage métallique capable d'absorber et de stocker de grandes quantités d'hydrogène dans des conditions de température et de pression ambiantes. De plus, ce composé, qui est un conducteur électrique, devient isolant lorsqu'il est gorgé d'hydrogène. Ces deux caractéristiques pourraient en faire un détecteur d'hydrogène efficace.
     Potentiellement, l'hydrogène (H₂) est un combustible écologique et durable. Son stockage constitue cependant un problème. Afin de le résoudre, quelques équipes à travers le monde étudient la piste des hydrures métalliques. Ces alliages sont en effet capables d'absorber et de stocker l'hydrogène, à l'image d'une éponge, de manière stable et sûre. Seulement, on ne connaît que très mal les mécanismes qui permettent à ces composés d'absorber l'hydrogène gazeux. Un mystère que l'équipe de Klaus Yvon, professeur au Laboratoire de cristallographie de l'Université de Genève, a réussi à éclaircir grâce à une étude soutenue par le Fonds national suisse (FNS) et parue récemment dans la revue Physical Review Letters.
     L'alliage métallique LaMg₂Ni (lanthane, magnésium, nickel) est un conducteur électrique. En présence d'hydrogène (H₂), il forme l'hydrure métallique LaMg₂NiH₇ qui lui est un isolant. Cette propriété pourrait en faire un détecteur d'hydrogène efficace et bon marché.
     De plus, les chercheurs ont enfin compris le mécanisme d'absorption pour ce type d'hydrures, qui peuvent contenir une plus grande densité d'hydrogène que l'hydrogène liquide lui-meme!
Contact:
Klaus Yvon - Laboratoire de Cristallographie, Université de Genève, Quai Ernest-Ansermet 24, CH-1211 Geneve 4 - tel : +41 22 379 62 31, email: Klaus.Yvon@cryst.unige.ch
Source: "Une éponge à hydrogène aux propriétés électriques uniques" -
Communique de presse du Fonds national suisse (FNS) - 25/04/2005

Succès de la première pile à combustible Navantia-MTU installée en Espagne
     Au mois de mai dernier, la pile à carbonates fondus de Navantia, installée depuis novembre 2002 à Carthagène, a dépassé les 20.000 heures de fonctionnement.
     La cellule aà combustible Navantia-MTU HM-300 est la base d'un système de trigénération, dont les puissances générées, électrique et thermique, sont respectivement de 250 kW et de 170 kW. Elle a été soumise à de nombreux essais pour tester et analyser son comportement devant différents problèmes du réseau électrique.
     Selon Juan Para, chef de production de Navantia-Motores, les résultats obtenus sont excellents du point de vue de la fiabilité (95%), de la facilité d'entretien, des émissions dans l'atmosphère et des rendements. Ces résultats sont dus en grande partie au peu de maintenance que requiert la cellule, les modules d'approvisionnement - traitement du combustible et le module d'amenagement eélectrique.
     Concrètement, l'énergie électrique générée par la pile (2.500.000 kWh) a été consommée dans sa totalité par l'usine, tandis que l'énergie thermique (840.000 kWh) a été utilisée pour produire de l'eau chaude sanitaire et de l'air conditionné grâce à un système de cogénération. Le rendement électrique de l'équipement, en courant continu, a été de 54%. Après être passé en courant alternatif de 400V, le rendement électrique a dépassé les 47%. Ce rendement, en plus de l'utilisation thermique des gaz d'échappement, élève à 82% le rendement global de l'installation.
     Ces résultats encouragent Navantia à industrialiser et commercialiser cet équipement sur le marché espagnol. Les applications que l'entreprise considère comme les plus adéquates sont celles qui nécessitent des poligénérations (hopitaux, industries, etc.); celles qui génèrent des gaz riches en hydrogène (gazéification du charbon); celles qui requièrent un courant continu ou une qualité et fiabilité élevées de la distribution du courant électrique (entreprises de téléphonie, installations militaires, centre de traitement de données, aéroports, etc.); celles à biogaz (résidus urbains, gazéification de biomasse, etc.) et celles à bioalcools (éthanol et méthanol).
     De plus, il existe une grande variété de combustibles alternatifs qui peuvent être utilisés dans la cellule: éthanol, méthanol, gaz de charbon, gaz de décharge, de traitement de purines, d'eaux résiduelles, ou n'importe quel biogaz provenant de la gazéification de matière organique. Ce dernier paramètre renforce encore plus la condition d'énergie propre des cellules à combustible à carbonates fondus.
Contacts:
Juan Para, Navantia-Motores, c/ Velazquez, 132, 28006 Madrid, tel : +34 91 335 84 00, fax : +34 91 335 86 52, courriel : jepara@navantia.es

Source: Energias Renovables, 15/06/05

avril · Source ADIT, Etats - Unis: Une pile à combustible microbienne productrice d'hydrogène:

    Une équipe de la Penn State University et de la société Ion Power (Delaware) a mis au point une pile à combustible microbienne (MFC) permettant à la fois de dégrader la matière organique et de produire de l'hydrogène.
    Les MFC classiques (développées pour compenser les coûts de traitement des eaux usées) génèrent de l'électricité à partir des réactions d'oxydo-réduction impliquées dans les processus de dégradation des déchets organiques par les bactéries.
    Le nouveau dispositif, dénommé BEAMR pour BioElectrochemically-Assisted Microbial Reactor, repose quant à lui sur l'utilisation de l'hydrogène produit par la fermentation bactérienne.

    En condition normale, ce processus convertit les composés carbohydratés en une quantité limitée d'hydrogène et des résidus de type acide acétique. En appliquant une très faible tension (d'environ 250 mV) à une MFC anaérobique, Bruce Logan et ses collègues sont toutefois parvenus à augmenter le potentiel électrochimique des bactéries et donc leur capacité à casser les molécules sous-produits de la fermentation. Ils ont ainsi pu récupérer sous forme d'hydrogène gazeux plus de 90% des protons et électrons issus de l'oxydation d'acétate par les bactéries. L'hydrogène dégagé est lui-même le combustible pour une pile qui produit la tension appliquée.
    Cette simple stimulation permet de tirer de la biomasse quatre fois plus d'hydrogène que la seule fermentation.
    En théorie, le principe expérimenté par les chercheurs ne se limite pas aux composés carbohydratés ; il pourrait être efficace avec n'importe quelle matière organique biodégradable soluble.

NYT 25/04/05

· En anglais: Fuel cell pulls hydrogen out of bacteria:
http://www.nytimes.com/cnet/CNET_2100-1008_3-5683881.html?oref=login
http://live.psu.edu/story/11709
http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/esthag/asap/abs/es050244p.html février · Source ADIT, Etats - Unis: L'éthanol, source d'hydrogène

    Actuellement, la plupart des méthodes de production de l'hydrogène, pressenti comme le carburant du futur, nécessitent le recours aux combustibles fossiles, sources d'énergie non renouvelables.
    Or une équipe d'ingénieurs chimistes américains, de l'Université du Minnesota, et grecs vient de mettre au point un réacteur portatif, d'environ 60 centimètres de haut, capable de convertir de l'alcool de maïs (éthanol), beaucoup plus écologique, en hydrogène.
    Le principe est étonnamment simple. Une solution d'éthanol et d'eau traverse un injecteur (similaire à celui qui pompe le carburant dans un moteur de voiture), puis une chambre chauffée où elle se vaporise et se mélange à l'air.

La mixture passe ensuite à travers une sorte de bouche d'oxyde d'aluminium recouverte de rhodium et d'oxyde de cérium. Le revêtement catalyse alors les réactions qui transforment l'éthanol, l'eau et l'oxygène en hydrogène et dioxyde de carbone, et chauffent le système à plus de 700° C, permettant au processus de s'auto-entretenir.
Les essais menés par l'équipe ont montré qu'il était ainsi possible de convertir 95% de l'éthanol en hydrogène gazeux. Le grand avantage de la technique est sa rapidité ; le carburant ne reste en effet que quelques millisecondes en contact avec le catalyseur, ce
qui autorise la transformation d'une grande quantité d'éthanol.
USAT 13/02/04 (Small prototype reactor may make hydrogen a cheap fuel)
http://www.usatoday.com/news/science/
2004-02-13-hydrogen-reactor_x.htm