Les voitures équipées d'un moteur à combustion interne standard cèdent peu à peu la place à d'autres solutions, plus modernes et plus respectueuses de l'environnement. Parmi elles, on trouve bien sûr les voitures électriques et hybrides. Ces dernières années, les véhicules électriques à piles à combustibles sont également devenus très populaires. Comment ces voitures fonctionnent-elles et quels sont leurs principaux avantages ?
Qu'est-ce qu'un véhicule électrique à piles à combustibles ?
FCEV ou "Fuel Cell Electric Vehicle" est un acronyme décrivant les voitures à hydrogène. Actuellement, nous pouvons observer un développement très dynamique de ce segment du marché automobile. Jusqu'à récemment, la propulsion par pile à combustible n'était proposée que sur quelques modèles sélectionnés – les pionniers en la matière étaient les marques japonaises Toyota avec le modèle Mirai et Hyundai avec le SUV Nexo. Aujourd'hui, cependant, le marché des véhicules de ce type est beaucoup plus étendu, notamment en raison de leur respect de l'environnement et de leur efficacité.
Le fonctionnement des voitures à hydrogène est très similaire à celui des voitures électriques. La différence la plus importante vient de la façon dont l'énergie est générée. Dans les FCEV, l'énergie nécessaire pour alimenter le moteur est générée par une réaction chimique dans laquelle l'hydrogène se combine à l'oxygène pour former de l'eau. Pour que cette réaction se produise, l'hydrogène doit d'abord être stocké dans un réservoir – il peut être ravitaillé exactement de la même manière que l'essence ou le diesel.
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Comment fonctionnent les piles à hydrogène ?
Il est intéressant de noter que, bien que cette solution ne gagne en popularité que maintenant dans le monde de l'automobile, le principe des piles à combustibles à hydrogène a été décrit pour la première fois en 1838. Il a été développé par le chimiste germano-suisse Christian Friedrich Schönbein. La pile se compose de deux électrodes – une anode et une cathode sous forme de papier cémenté recouvert de platine. Les électrodes sont séparées par un électrolyte ou une membrane électrolytique spéciale. Lorsque l'hydrogène se trouve dans la cellule (à laquelle il doit être préalablement fourni), il est oxydé. Il s'agit d'une réaction chimique impliquant le don d'électrons par les atomes ou les ions d'un élément – dans ce cas, l'hydrogène.
L'oxydation produit des cations d'hydrogène et des anions d'oxygène. Grâce à la présence de l'électrolyte à l'intérieur, il est possible de faire circuler les protons de la cathode vers l'anode et de bloquer les anions d'oxygène, entre autres. Lorsque les cations d'hydrogène entrent en contact avec la cathode, ils réagissent avec les anions d'oxygène, créant ainsi de l'eau. Les électrons de l'anode, quant à eux, après avoir traversé un circuit électrique, produisent de l'énergie utilisée pour alimenter le moteur.
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Piles à combustibles et piles galvaniques – différences fondamentales
Une pile à combustible produit de l'électricité à la suite du processus d'oxydation de l'hydrogène. Bien que l'objectif soit le même pour les piles galvaniques, les processus impliqués dans les deux technologies diffèrent considérablement. Contrairement aux piles et aux accumulateurs, qui sont utilisés dans les systèmes électriques galvaniques, les piles à combustibles n'ont pas besoin d'être chargées. Cela signifie qu'elles peuvent commencer à fonctionner pratiquement dès que le combustible est fourni. Lorsqu'il s'agit de faire le plein d'hydrogène, l'ensemble de l'opération ressemble pratiquement au ravitaillement en essence ou en diesel. La différence la plus importante, toutefois, est que l'hydrogène est compté en kilogrammes et non en litres. Il est également important de contrôler le débit de l'hydrogène dans le distributeur – si l'approvisionnement se fait trop rapidement, une augmentation très dangereuse de la température peut se produire.
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L'avenir de l'hydrogène dans les automobiles
Les piles à hydrogène n'ont pas été utilisées à grande échelle jusqu'aux années 1960. Avec le temps, cependant, leur potentiel a été remarqué et elles ont commencé à être utilisées, par exemple, dans les vaisseaux spatiaux de la NASA. Aujourd'hui, on les trouve principalement dans les batteries des voitures électriques, ce qui présente un nombre considérable d'avantages. Les avantages les plus importants sont, tout d'abord, la réduction des émissions nocives. En outre, le réservoir d'hydrogène est extrêmement léger : 120 litres de ce gaz ne pèse que 5 kilogrammes, ce qui revêt une importance considérable en termes d'efficacité, de fonctionnement et d'autonomie potentielle de la voiture électrique.
Il est difficile de ne pas remarquer le développement très dynamique du segment automobile de l'hydrogène ces dernières années. Tant en Pologne que dans le reste du monde, ces solutions ont un grand potentiel – il se pourrait qu'à l'avenir elles remplacent complètement les technologies actuellement utilisées. Toutefois, il est important de mentionner certaines limites qui, à l'heure actuelle, représentent encore un défi considérable. Tout d'abord, nous devons faire face au problème de la faible disponibilité de l'hydrogène, qui se traduit par un prix élevé. Malgré le fait qu'il s'agisse de l'élément le plus commun dans l'univers, son obtention sur Terre avec les technologies actuelles est assez problématique. Un autre défi est la température de fonctionnement du gaz, qui dans les cellules à basse température doit atteindre environ 250 °C. Par conséquent, chaque fois que le moteur est démarré, il est nécessaire de le réchauffer, ce qui peut prendre plusieurs à plusieurs dizaines de secondes, selon le modèle spécifique.
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