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Piles à Combustible à Hydrogène ou Batteries au Lithium-ion dans les Véhicules Electriques

Aujourd’hui, la plupart des véhicules électriques utilisent des batteries, souvent basées sur des cellules Lithium-ion ou Plomb-acide. Ces batteries permettent de stocker de l’énergie produite à distance du véhicule et d’utiliser cette énergie pour créer un mouvement mécanique et faire avancer un vélo, une voiture ou une moto. Les piles à combustible à hydrogène, une technologie relativement ancienne, créée en 1839 par Sir William Grove et affinée au fil des années, permettent également de stocker de l’énergie sous forme d’hydrogène pour alimenter des véhicules électriques.

Comme une batterie, une pile à combustible exploite une réaction chimique pour produire de l’énergie sous forme d’électricité. Plus précisément, les piles à hydrogène génèrent de l’électricité, de l’eau et de la chaleur à partir d’hydrogène et d’oxygène.

Les piles à combustible consistent en une anode et une cathode entourant un électrolyte appelé membrane polymère synthétique qui sépare l’hydrogène et l’oxygène tout en permettant seulement le passage de certains ions (H+ ou protons). Les atomes d’hydrogène entrent dans la pile à combustible au niveau de l’anode où ils sont séparés de leurs électrons. Ces électrons traversent le circuit du véhicule jusqu’à la cathode sous forme d’électricité. Les atomes d’hydrogène chargés positivement (ou protons) traversent la membrane pour rejoindre l’oxygène et les électrons afin de former de l’eau. Les piles à combustible produisent des quantités relativement faibles de courant et de tension et, comme les piles lithium-ion, doivent donc être assemblée en série et en parallèle pour atteindre la tension cible et le courant maximum requis par le véhicule qu’elles alimentent.

Fonctionnement détaillé d'une pile à combustible à Hydrogène

La beauté des piles à combustible à hydrogène est que vous obtenez de l’électricité, de la chaleur et de l’eau (potable) à partir d’hydrogène et d’oxygène purs. L’oxygène est abondant dans l’atmosphère tandis que l’hydrogène est l’élément le plus commun dans l’univers. Cependant, l’hydrogène a tendance à se lier très facilement à d’autres éléments. Par conséquent, il doit être artificiellement isolé avant de pouvoir être utilisé comme carburant à travers des processus qui sont assez coûteux et énergivores.

L’hydrogène utilisé dans les piles à combustible a un rapport énergie/poids dix fois supérieur à celui des batteries lithium-ion. Par conséquent, il offre une portée beaucoup plus important tout en étant plus léger et en occupant de plus petits volumes. Il peut également être rechargé en quelques minutes, de la même manière que les véhicules à essence. Cependant, les piles à combustible à hydrogène présentent également de nombreux inconvénients. Tout d’abord, l’hydrogène est principalement obtenu à partir d’eau par électrolyse qui est essentiellement une pile à combustible inversée et prend de l’électricité et de l’eau pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène. La source de cette électricité peut aller des énergies renouvelables au charbon selon l’endroit où vous êtes dans le monde, donc l’extraction d’hydrogène peut être très propre, ou plus sale qu’une voiture à essence typique. Malheureusement, en considérant la façon dont la majorité de l’électricité est générée sur Terre, il est plus probable que ce soit le dernier.

D’autres problèmes sont que le stockage de l’hydrogène comme gaz est coûteux et énergivore, parfois jusqu’à la moitié de l’énergie qu’il contient, et encore plus lorsqu’il est stocké sous forme de liquide à des températures cryogéniques. En outre, il est hautement inflammable, a tendance à s’échapper de son récipient et réagit avec les métaux de manière à les rendre plus cassants. Finalement, bien qu’il soit partout autour de nous, l’hydrogène est dur, dangereux et cher à produire, stocker et transporter.

Les piles à combustible ne peuvent fonctionner en présence de vapeur ou de glace mais seulement avec de l’eau. Par conséquent, la gestion de leur température interne est essentielle et la chaleur doit être constamment évacuée à travers des radiateurs et des canaux de refroidissement qui ajoutent au poids total du véhicule. Le redémarrage à basse température peut également être très problématique et peu pratique dans les endroits où les températures sont souvent inférieures au point de gèle.

Pile à Hydrogène pour vélo électrique

En conclusion, les piles à combustible à hydrogène offrent une source d’énergie potentiellement très propre, dense en énergie et facile à recharger, mais elles sont actuellement compliquées, coûteuses et dangereuses à exploiter. En comparaison, les batteries au lithium-ion, bien que moins denses en énergie et plus lentes à recharger, sont aussi propres, moins chères, plus faciles et plus sûres à manipuler. Plus spécifiquement, les cellules lithium-ion cylindriques comme celles utilisées dans le SIERRA et le FX sont très stables et sûres à utiliser. Une fois que la technologie sera suffisamment développée et que les inconvénients mentionnés ci-dessus auront été résolus, l’hydrogène pourrait être une excellente solution pour augmenter la portée et réduire le temps de chargement des véhicules électriques. Mais pour l’instant, la technologie lithium-ion est la meilleure solution pour proposer des vélos et autres véhicules électriques très pratiques et performants.

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