La pile à combustible à essence augmenterait l'autonomie des voitures électriques

Si vous souhaitez emmener une voiture électrique sur un long trajet, vous avez besoin d'un générateur à essence, comme celui de la Chevrolet Volt, pour étendre son autonomie. Le problème est que lorsqu'il fonctionne sur le générateur, il n'est pas plus efficace qu'une voiture conventionnelle. En fait, il est encore moins efficace, car il a une batterie lourde à trimballer.

Gourmande en essence: La pile à combustible développée à l'Université du Maryland.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du Maryland ont conçu une pile à combustible qui pourrait constituer une alternative bien plus efficace qu'un générateur à essence. Comme toutes les piles à combustible, elle génère de l'électricité par réaction chimique plutôt qu'en brûlant du carburant, et peut être deux fois plus efficace pour générer de l'électricité qu'un générateur utilisant la combustion.

La pile à combustible des chercheurs est une version grandement améliorée d'un type qui a un électrolyte céramique solide, et est connue sous le nom de pile à combustible à oxyde solide. Contrairement aux piles à combustible à hydrogène généralement utilisées dans les voitures, les piles à combustible à oxyde solide peuvent fonctionner avec une variété de carburants facilement disponibles, notamment le diesel, l'essence et le gaz naturel. Ils ont été utilisés pour produire de l'électricité pour les bâtiments, mais ils ont été considérés comme peu pratiques pour une utilisation dans les voitures parce qu'ils sont beaucoup trop gros et parce qu'ils fonctionnent à des températures très élevées, généralement à environ 900 ° C.

En développant de nouveaux matériaux électrolytiques et en modifiant la conception de la pile, les chercheurs ont créé une pile à combustible beaucoup plus compacte. Il peut produire 10 fois plus de puissance, pour sa taille, qu'un moteur conventionnel, et pourrait être plus petit qu'un moteur à essence tout en produisant autant de puissance.

Les chercheurs ont également abaissé la température à laquelle fonctionne la pile à combustible de plusieurs centaines de degrés, ce qui leur permettra d'utiliser des matériaux moins chers. C'est une énorme différence de coût, explique Eric Wachsman, directeur du Centre de recherche énergétique de l'Université du Maryland, qui a dirigé la recherche. Il dit que les chercheurs ont identifié des moyens simples d'améliorer la puissance de sortie et de réduire encore la température, en utilisant des méthodes qui montrent déjà des résultats prometteurs en laboratoire. Ces avancées pourraient amener les coûts à un point compétitif par rapport aux moteurs à essence. Wachsman dit qu'il en est aux premiers stades de la création d'une entreprise pour commercialiser la technologie.

Les piles à combustible de Wachsman fonctionnent actuellement à 650 °C, et son objectif est de la ramener à 350 °C pour une utilisation dans les voitures. Isoler les piles à combustible n'est pas difficile car elles sont petites - une pile à combustible assez grande pour alimenter une voiture n'aurait besoin que de 10 centimètres de côté. Les températures élevées sont un problème plus important car elles nécessitent l'utilisation de matériaux coûteux et résistants à la chaleur dans l'appareil, et parce que le chauffage de la cellule à des températures de fonctionnement prend beaucoup de temps. En abaissant les températures, Wachsman peut utiliser des matériaux moins chers et réduire le temps nécessaire à la cellule pour démarrer.

Même avec ces avancées, la pile à combustible ne s'allumerait pas instantanément, et l'allumer et l'éteindre à chaque court trajet en voiture causerait beaucoup d'usure, réduisant sa durée de vie. Au lieu de cela, il serait associé à une batterie, car un moteur à combustion est dans la Volt, dit Wachsman. La pile à combustible pourrait alors fonctionner plus régulièrement, permettant de maintenir la batterie au sommet sans fournir d'accélérations.

Les chercheurs ont obtenu leur résultat en grande partie en modifiant le matériau d'électrolyte solide au cœur d'une pile à combustible à oxyde solide. Dans les piles à combustible sur le marché, comme celle fabriquée par Bloom Energy, l'électrolyte doit être suffisamment épais pour fournir un support structurel. Mais l'épaisseur de l'électrolyte limite la production d'électricité. Au cours des dernières années, les chercheurs ont développé des conceptions qui n'exigent pas que l'électrolyte supporte la cellule afin qu'ils puissent rendre l'électrolyte plus fin et obtenir une puissance de sortie élevée à des températures plus basses. Les chercheurs de l'Université du Maryland sont allés encore plus loin en développant de nouveaux électrolytes multicouches qui augmentent encore plus la puissance de sortie.

Le travail fait partie d'un effort plus vaste du département américain de l'Énergie, au cours de la dernière décennie, pour rendre pratiques les piles à combustible à oxyde solide. Les premiers fruits de cet effort ne seront probablement pas les piles à combustible dans les voitures - jusqu'à présent, Wachsman n'a fabriqué que des piles à combustible relativement petites, et un travail d'ingénierie important reste à faire. Les premières applications de combustibles à oxyde solide dans les véhicules peuvent concerner des camions longue distance avec des cabines couchettes.

Les fournisseurs d'équipements tels que Delphi et Cummins développent des piles à combustible qui peuvent alimenter les climatiseurs, les téléviseurs et les micro-ondes à l'intérieur des cabines, réduisant potentiellement la consommation de carburant de 85 % par rapport au moteur du camion au ralenti. Le système Delphi utilise également une conception qui permet un électrolyte plus fin, mais il fonctionne à des températures plus élevées que la pile à combustible de Wachsman. La pile à combustible pourrait être allumée le lundi et laissée fonctionner à bas régime toute la semaine tout en bénéficiant de la réduction de 85 %. Delphi a construit un prototype et prévoit de démontrer son système sur un camion l'année prochaine.

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