La demande

Le début de ce 21ème siècle voit apparaître de nouveaux besoins énergétiques marqués d'un caractère de plus en plus nomade. Ces besoins peuvent être detype professionnel (alimentation d'équipement électrique), structurel ( palliatif d'un manque d'infrastructure) ou de loisirs. Ainsi, dans son environnement ou poiur son domaine d'activité, chacun veut disposer d'énergie indépendante et autonome. Cette autonomie a été jusqu'à aujourd'hui assurée pour les fortes puissances par des groupes électrogènes thermiques et pour les puissances inférieures par des piles ou des batteries rechargeables.

La solution pile à combustible

La pile à combustible est le candidat idéal au remplacement de ces types de sources d'énergie quel que soit le secteur d'application considéré. Les avantages apportés par cette technologie par rapport aux filières existantes varient en fonction de la gamme de puissance considérée :

Fortes puissances : Au delà du kiloWatt, le priincipal intérêt des piles à combustibles provient de son fonctionnement silencieux et de ses faibles émissions de gaz à effets de serre. Si cette technologie est très compétitive sur le plan des performances et de son encombrement (masse et volume), elle rencontre en revanche des freins importants au niveau du coût lorsqu'elle est comparée à ses concurrents thermiques. Ce handicap devrait être vaincu dans les années à venir grâce à l'apparition des piles à combustibles dans des équipements de "marché de niche" tels que les lanceurs de satelittes, des sous-marins, des flottes captives de véhicules de transport commun ou particulier, ou l'electrification de bâtiments isolés. Ces premières applications permettent d'ores et dejà d'abroder une phase préliminaire de maintenance des piles au cours de leur cycle de vie, et de mise au point des procédés de production de masse. Ainsi, l'écart de coût entre les piles à combustible et ses concurrents devrait se combleer dans les dix prochaines annééesavec le travail de développement important réalisé par les fabricants de piles de plus en plus nombreux sur ce marché. Ces fabricants proviennent généralement de l'industrie mécanique ou de la gestion des systèmes hydrauliques et thermiques, et se spécialisent sur l'assemblage des composants et sur l'intégration globale de source d'énergie.

Faibles puissances: De quelques watts à quelques centaines de watts, la pileà combustible est, dès maintenant compétitive tant du point de vue de la performance que du coût. Elle offre l'avantage d'augmenter, à loisirs, l'autonomie et la puissance de la source d'énergie électrique. La pile à combustible présente l'intérêt de répondre à cette nouvelle demande d'énergie en particulier dans le secteur des alimentations portables par la technologie, en séparant la puissance électrique de l'énergie stockée. En effet la pile à combustible transformne l'énergie chimique en énergie électriquen son dimensionnement répondant au besoin de tension ou de puissance de l'application. L'énergie quant à elle est renfermée dans un réservoir extérieur à la pile, comme dans le ca sd'une automobile où le moteur fournit la puissance aux roues alors que l'énergie (l'autonomie) est assurée par la contenance du réservoir de carburant. La pile à combustible à électrolyte polymère solide possédant une durée de vie au moins égale à celle des applications portables envisagées pourra être intégrée à ces applications dès la phase de montage/production. Seul le combustible devra ensuite être remplacé ou rechargé. Cette technologie offre ainsi l'avantage pour utilisateur d'investir dans la partie puissance de sa source d'énergie au moment de l'acquisition de son appareil électrique, et de simpplement remplacer le combustible pour "recharger cet appareil portable".

Principe de fonctionnement

image flottante

Une pile à combustible est constituée de deux électrodes (positive et négative) séparées par un électrolyte conducteur ionique (et isolant électronique). A la différence d'une batterie qui contient dans ses électrodes son énergie et sa puissance, le principe de base d'une pile à combustible est de ne renfermer dans ses électrodes que le catalyseur des réactions, et de générer de l'électricité tant qu'elle est alimenté par un comburant (oxydant) et un combustible (réducteur) provenant de réservoir extérieurs (Figure ci-contre).
Le comburant est généralement de l'oxygène contenu dans l'air environnant prélevé aux abords de la pile alors que le combustible est stocké, sous forme gazeuse, solide ou liquide en fonction des applications.

Avantages et inconvénients

Les avantages de la pile découlent du fait que son énergie est directement ( et uniquement) liée à la taille du réservoir de combustible, alors que sa puissance est spécifique de ses dimensions ( donc ajustable). Le seul produit de la réaction globale de la pile est de l'eau évacué dans l'atmosphère sous forme de vapeur.

Les inconvénents majeurs de la pile à combustible proviennent du coût élevé de ses composants et de sa tension élémentaire de fonctionnement très basse (inférieure à 1 volt) dont découle une grande compléxité technologique. La faible tension disponible aux bornes de la pile impose la mise en série par empilement de nombreux éléments pour fournir une énergie électrique utilisable. Cette configuration dite "filtre-presse" complexifie la distribution des réactifs d'élément en élément et engendre l'utilisation de plaques bipolaires séparatrices coûteuses du fati de leur géométrie et des contraintes imposées aux matériaux utilisés: forte conductivité électrique, étanchéité aux gaz et tenue aux agressions chimiques (hydrogène, oxygène et eau).

Cette compléxité est acceptable pour des systèmes délivrant de forte puissances, qui requièrent par ailleurs une gestion hydraulique, thermique et électrique quelle que soit la technologie choisie. Par contre cette arhitecture devient très pénalisante pour des alimentations électriques destinées à des applications portables deavnt être par nature peu volumineuses, légères et facilement intégrables.

Origine de PaxiTech

Ce projet de création de société est né des recherches et résultats obtenus dans un laboratoire du CEA-Grenoble sur des composants essentiels de piles à combustible (ensemble électrodes/électrolyte) et sur un type de pile à combustible spécifique. Ces sources d'énergie particulière résultent d'évolutions dans l'architecture de piles à ombustible basse température, permettant de limiter leur compléxité technologique et de les adapter à des utilisations portables ou portatives. Ces piles sont spécifiques de par leur performance électrique, et en particulier la tension délivrée élevée, et de par la nature des composants qui la constituent. Elles s'adressent au marché de l'alimentation d'appareils électriques portables de "faible puissance", par exemple le secteur de multimédia portatif et de l'outillage sans fil.