Type de Pile:
DMFC
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Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)

      Ce type de pile à combustible sont alimentées directement en méthanol (CH3OH). Le méthanol est en effet l'un des rares réactifs avec l'hydrogène (ainsi que le glycol, l'ammoniac ou l'hydrazine) qui ait des caractéristiques d'oxydation suffisamment intéressantes pour pouvoir être utilisé dans les piles à combustible fonctionnant à basse ou moyenne température. C'est un type de pile relativement nouveau et de nombreuses et significatives améliorations ont déjà été réalisées ces dernières années au niveau de la puissance, rendement, durée de vie. L'avantage décisif par rapport aux piles à combustible de type PEM est le fait qu'elles fonctionnent directement au méthanol, un carburant certes toxique, mais liquide à température normale, actuellement produit à partir de gaz naturel, (c'est aussi possible à partir de pétrole, du charbon ou de biomasse) et qui pourrait bénéficier de l'infrastructure existante pour l'essence. On se dispense ainsi du problème du reformage et/ou du stockage de l'hydrogène.

      Le combustible est un mélange d'eau et de méthanol, il réagit directement à l'anode ou ce produit la reaction suivante:



      La température d'ébullition du méthanol à la pression atmosphérique est assez basse (65°C), cela nécessite donc une température de fonctionnement autour de 60-70°C (pour éviter une pression de vapeur trop élevée). Le mécanisme réactionnel est beaucoup plus complexe avec l'apparition d'espèces adsorbées ainsi que de HCOH et HCOOH. Les composés PtCOH, PtCO sont des poisons pour le Platine, l'adjonction de ruthenium permet d'y remédier. Du côté de la cathode, l'oxygène de l'air est oxydé (libération d’électron). Théoriquement, on pourrait atteindre un rendement de 96,7 %. Cependant ce rendement est limité par deuxx facteur.D 'une part, par le fait que la réaction d'oxydation n'est pas toujours complète: on peut avoir formation d'acide formique (HCOOH) ou d'aldéhyde formique (HCOH), d'où un rendement faradique inférieur à 1, D 'autre part, les potentiels d'électrode sont très différents de la théorie en raison de surtensions importantes (autour de 0,3V à l'anode et 0,4V à la cathode). On assiste aussi à l'empoisonnement des électrodes avec les produits intermédiaires des réactions (HCCOH, ...). Au niveau des électrodes, les seuls catalyseurs suffisamment actifs pour oxyder le méthanol et stables à 60°C sont essentiellement des alliages métalliques à base de platine (Pt-Sn, Pt-Re, Pt-Ru). Le problème de coût se pose donc, d'autant que les densités surfaciques de courant sont faibles (150 à 250 mW/cm2) et que les quantités de platine sont importantes (2 mg/cm2) (en raison de la plus faible réactivité du méthanol en comparaison à l'hydrogène). Des travaux sont donc réalisés sur de nouveaux alliages à base de platine et de nouvelles structures pour les électrodes, par exemple à l'Institute of Transportation Studies, (University of California-Davis) est mené un projet "Catalysts for Direct Methanol Fuel Cells". Un autre axe de recherche est l'augmentation de la température de fonctionnement à 150°C.

      L'électrolyte de ce type de pile est de type acide, soit une membrane polymère, soit un électrolyte liquide. Avec un électrolyte alcalin, le CO2 produit par l'oxydation du méthanol réagirait avec les ions hydroxyde. On utilise surtout des membranes comme pour les piles à combustibles PEM. Un autre problème vient de la perméation du méthanol à travers la membrane vers la cathode et son oxydation avec l'oxygène en dioxyde de carbone et eau (sans fournir de courant). Ce phénomène se nomme le "cross over" et c'est une perte de combustible estimée à 10%. Une solution pourrait venir de membranes plus étanches au méthanol tout en ayant une conductivité ionique acceptable. Si des progrès importants ont été faits permettant de réduire considérablement la perméation du méthanol, ils ont pour conséquence une augmentation de la résistance des membranes et une hausse des coûts. Energy Visionss Inc. (EVI, ex Energy Ventures), un fabricant de DMFC, a développé une technologie pour récupérer le méthanol et éviter cette réaction: en fait les produits et impuretés seraient éliminés de façon continue pendant le fonctionnement. Ceci est réalisé grâce à un électrolyte circulant : ce système permet ainsi d'assurer le contrôle des concentrations des produits, du pH, de l'humidité et de la température de la pile. EVI travaille également à la réduction de la quantité de catalyseur dans les électrodes.

      Les effluents de la pile contenant du CO2 nécessitent l'épuration des gaz d'échappement par traitement post catalytique avant leur rejet à l'atmosphère; il peut ainsi être lavé par de l'eau obtenue par condensation de celle qui se trouve dans l'oxygène ou l'air en sortie de pile. Tout ceci ramène le rendement autour de 20%, rendement faible dont la DMFC a toujours souffert. Cependant, grâce à sa faible température de fonctionnement elle peut démarrer rapidement et répondre ainsi de façon satisfaisante aux changements de demande de puissance.