Pile à combustible à méthanol direct

Les piles à combustible à méthanol direct ou DMFC (d'après l'acronyme de l'appellation anglaise direct-methanol fuel cell) sont une sous-catégorie de piles à combustible à membrane d'échange de protons dans lesquelles le combustible, le méthanol (CH₃OH), n'est pas reformé mais est fourni directement à la pile à combustible.

Avantages

Le méthanol, en étant fourni directement à la pile à combustible, permet d'éviter un reformage catalytique compliqué, et permet aussi un stockage plus facile que l'hydrogène, ne nécessitant ni hautes pressions ni températures basses car liquide. La densité énergétique du méthanol (quantité d'énergie relâchée lors de l'utilisation d'un volume donné de méthanol) est beaucoup plus importante que celle de l'hydrogène, même fortement comprimé.

Développements

Au niveau technologique actuel, les DMFC ont une puissance limitée, mais peuvent stocker de l'énergie dans de faibles volumes. Ceci signifie qu'elles peuvent produire une faible quantité d'énergie sur une longue période. Ce fonctionnement rend les DMFC impropres pour les applications d'auto-locomotion, mais elles sont appropriées dans les téléphones ou ordinateurs portables.

Des difficultés restent à résoudre ;

• Le comportement dynamique de ces piles est relativement lent.
• le méthanol est un toxique sous plusieurs de ses formes.
• Dans une PAC à éthanol direct (DEFC) l'éthanol est injecté au niveau de l'anode de façon électrocatalytique, pour qu'il y soit oxydé. Jusqu'en 2009, l'efficacité du combustible était faible, en raison de la haute perméabilité de la membrane vis-à-vis du méthanol (phénomène dit de "cross-over", correspondant à une perte d'éthanol, qui par ailleurs "pollue" la pile). Cette membrane doit séparer les deux chambres de la PAC l'une de l'autre et ne laisser passer que les protons et non l'éthanol.
  En 2009, un pas a été franchit avec la création en Allemagne^[1] d'un nouveau type de membrane composite (enrichie en nanoparticules anorganiques de silice ; sous forme de micro-billes de dioxyde de silicium). Cette membrane est à peu près imperméable à l'éthanol (environ 100 fois plus performante que les précédents types de membranes), mais laisse passer les protons, répondant mieux aux exigences d'une pile à combustible (PAC) à éthanol. Un catalyseur optimisé a déjà été testé avec cette membrane^[2]

Fonctionnement (réactions)

Les DMFC sont basées sur l'oxydation du méthanol sur une couche de catalyseur afin de former du dioxyde de carbone. De l'eau est consommée à l'anode et est produite à la cathode. Les protons (ion H⁺) sont transportés au travers de la membrane échangeuse de protons vers la cathode où ils réagissent avec de l'oxygène afin de produire de l'eau. Les électrons sont transportés via un circuit externe de l'anode vers la cathode, procurant ainsi de l'énergie aux équipements externes.

Les demi-réactions sont :

• Anode: CH₃OH + H₂O → CO₂ + 6 H⁺ + 6 e^-
• Cathode: O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- → 2 H₂O

Ce qui donne globalement : 2CH₃OH + 3 O₂ → 2CO₂ + 4 H₂O .

Puisque l'eau est consommée à l'anode lors de la réaction, le méthanol pur ne peut pas être utilisé sans réserve d'eau via soit par transport passif comme la rétro-diffusion (osmose), ou un transport actif comme le pompage. Le besoin en eau limite la densité énergétique du combustible.

Histoire

A la fin des années 2004, la filiale de Mechanical Technology Inc., MTI MicroFuel Cells a produit sa première DMFC [1] pour un usage commercial. La technologie de la batterie compacte sans fil et rechargeable de MTI's Mobion™ consiste en une pile à combustible qui marche sous 100 % de méthanol. Cette solution a été commercialisé sur les marchés militaires, industriels et grand-public comme une solution à bas coût pour les batteries lithium-ion.

En 2005, le record de la plus petite pile commerciale disponible était détenu par Toshiba, avec pour dimension 22 x 56 x 4,5 mm. Cet objet délivre 100 milliwatts sur 10 heures par millilitre de combustible, et tire avantage des nouvelles technologies permettant l'usage de méthanol non dilué (99,5%).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• (en)Communiqué de presse de Toshib
• (en)codes et standards pour les piles à combustibles

Bibliographie

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Direct-methanol fuel cell » (voir la liste des auteurs)

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