Dans la lutte contre le réchauffement climatique, les transports et l'industrie automobile seront deux des principaux acteurs. Les constructeurs automobiles mondiaux s'efforcent donc de trouver l'option la plus propre, la plus efficace et la plus rentable pour l'avenir, car cela garantira les ventes.
Le gagnant actuel est celui des véhicules électriques (VE) alimentés par batterie, principalement alimentés par des batteries lithium-ion. Cependant, les batteries présentent de nombreux inconvénients, notamment une durée de vie et un prix limités. Pour résoudre ces problèmes, les fabricants recherchent des alternatives. Une option qui gagne du terrain est piles à combustible à hydrogène, mais sont-elles meilleures que les piles ? Lisez la suite pour découvrir la bonne solution pour vous!
Table des matières
Qu'est-ce qu'une batterie ?
Qu'est-ce qu'une pile à hydrogène ?
Batteries vs piles à hydrogène : les différences
Batteries vs piles à hydrogène : quelle est la meilleure solution ?
Conclusion
Qu'est-ce qu'une batterie ?
Une batterie est un dispositif capable de stocker de l'énergie puis de la décharger, en convertissant l'énergie chimique en électricité, si nécessaire. La décharge d'électricité est réalisée par la réaction chimique dans une ou plusieurs cellules électrochimiques. Cela signifie que les batteries avec plus de cellules sont capables d'une décharge de puissance électrique plus élevée.
Comment les cellules électrochimiques créent-elles de l'électricité ?
- Les cellules électrochimiques ont deux bornes (électrodes), qui sont reliées par un pont poreux.
- Les électrodes transmettent une charge électrique (électrons) entre elles à travers ce pont poreux, qui contient le produit chimique appelé électrolyte.
- La perte d'électrons de l'électrode/borne négative (anode) et le passage de ceux-ci à l'électrode/borne positive (cathode) à travers l'électrolyte signifie qu'il y a une différence de charge, ou de tension, d'un côté à l'autre, ce qui entraîne un flux d'électricité.
Les piles peuvent être rechargeables ou à usage unique et peuvent être constituées de nombreux matériaux différents. Certains des matériaux les plus courants comprennent les alcalins, le lithium-ion, le lithium-polymère et le nickel-hydrure métallique.
Selon le nombre de cellules électrochimiques, les batteries peuvent être utilisées différemment - où des batteries plus grandes peuvent alimenter des voitures électriques par exemple, tandis qu'une batterie plus petite peut être utilisée pour alimenter une lampe ou une perceuse.
Qu'est-ce qu'une pile à hydrogène ?
Les piles à combustible à hydrogène, comme les batteries, ont une anode, une cathode et un pont poreux d'électrolyte. Cependant, au lieu d'utiliser de l'énergie chimique, les piles à combustible à hydrogène génèrent de l'électricité par la réaction d'atomes d'oxygène et d'hydrogène, et comme le seul sous-produit est l'eau, leur utilisation pour créer de l'énergie n'est pas polluante.
Comment les piles à hydrogène créent-elles de l'électricité ?
- L'hydrogène est acheminé vers l'anode, ou borne négative, tandis que l'oxygène est acheminé vers la cathode, ou borne positive.
- A l'anode, les atomes d'hydrogène sont séparés en protons (charge positive) et en électrons (charge négative).
- Les protons traversent le pont membranaire électrolytique vers la cathode, tandis que les électrons empruntent un chemin différent pour générer de l'électricité.
- Les protons et les électrons se rencontrent à la cathode, où ils se combinent avec l'oxygène, générant ainsi de l'électricité, avec de la chaleur et de l'eau comme sous-produit.
Les piles à combustible à hydrogène sont propres, mais moins puissantes que les batteries à combustion et chimiques. Ainsi, afin de créer suffisamment d'électricité pour alimenter des machines, des véhicules ou d'autres appareils électroniques, de nombreux combustibles à hydrogène sont empilés.
Batteries vs piles à hydrogène : les différences
Efficacité
À l'heure actuelle, les batteries traditionnelles sont plus efficaces que les piles à combustible à hydrogène, car elles fournissent plus de puissance. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les principaux fabricants de véhicules électriques, tels que Tesla et BYD, continuent d'utiliser des batteries dans leurs processus de fabrication. Cependant, avec suffisamment d'investissements et de recherche, cela pourrait changer.
Malgré leur faible efficacité, les piles à combustible à hydrogène sont le premier choix pour les gros véhicules, y compris les camions et les fusées de la NASA. La raison principale en est le poids.
Poids et taille
Les batteries sont lourdes et, lorsqu'elles sont utilisées pour de gros camions à longue portée ou d'autres gros véhicules, ce poids supplémentaire peut « l'emporter » sur les avantages. Les piles à combustible à hydrogène, quant à elles, sont plus compactes et plus légères, avec plus d'énergie dans moins de masse. Cela signifie que lorsqu'ils sont utilisés dans de gros véhicules, ils réduisent le poids et permettent ainsi une autonomie plus longue. Pour donner un exemple, un camion d'une autonomie de 800 kilomètres réduirait son poids de 2 tonnes s'il utilisait des piles à hydrogène au lieu de batteries.
Phytotoxicité
Les piles à combustible à hydrogène sont l'option la plus propre, car elles ne produisent que de la chaleur et de l'eau en tant que sous-produits et ne contiennent pas de matériaux toxiques. Les batteries, en revanche, sont notoirement difficiles à éliminer, avec seulement 5% de batteries lithium-ion recyclées. Les batteries contiennent des composants métalliques toxiques, notamment du cobalt, du nickel et du manganèse, qui s'échappent souvent dans le sol dans les décharges et contaminent les sources d'eau. De plus, en raison d'une courte durée de vie de seulement cinq ans (ou plus courte si déchargé complètement ou non maintenu), il faudrait produire plus de batteries que de piles à hydrogène.
Infrastructure de recharge/ravitaillement
Les piles à combustible à hydrogène n'ont pas besoin d'être rechargées, elles n'ont besoin que d'un ravitaillement. Cela signifie qu'au lieu d'attendre des heures pour recharger une batterie ou de devoir la changer lorsqu'elle est morte, l'utilisateur peut simplement faire le plein, ce qui prend 15 minutes. De plus, comme les piles à combustible à hydrogène ne nécessitent que de l'hydrogène et de l'oxygène, le ravitaillement en carburant est rentable. Un problème d'accessibilité demeure toutefois, car l'hydrogène n'est pas toujours facilement accessible. Cela pourrait changer avec l'augmentation des infrastructures et des investissements.
Prix
Les coûts des batteries et des carburants à l'hydrogène ne sont pas seulement déterminés par le prix, mais également par les coûts de maintenance, les temps de recharge/ravitaillement et d'autres facteurs similaires. Le coût d'une batterie, ainsi que son entretien et/ou son remplacement restant élevé, alors que son temps de recharge est long. Les piles à combustible à hydrogène, en revanche, sont assez rentables, avec des temps de ravitaillement rapides, en plus d'être plus légères et adaptées à la conduite sur de longues distances. Cependant, le coût des matières premières impliquées dans la création de ces carburants hydrogène, comme le platine, est élevé.
Batteries vs piles à hydrogène : quelle est la meilleure solution ?
Avec un manque d'infrastructures pour les piles à combustible à hydrogène et une innovation encore possible pour les batteries, il ne s'agit pas de savoir qui est le meilleur en ce moment, mais qui le sera à l'avenir.
Actuellement, les carburants à l'hydrogène sont considérés comme la meilleure option pour les véhicules plus gros, tels que les fusées, les trains, les avions, les navires et même certains véhicules de construction. Ceci est dû au fait qu'ils sont plus légers, ne nécessitent pas de longs temps de charge et ont une meilleure durabilité que les batteries. Grâce à l'absence de pièces mobiles, ils sont également très silencieux, ce qui est idéal pour les longs trajets.
Cependant, pour les véhicules plus petits utilisés par la majorité de la population, les batteries restent l'option préférée. On ne s'attend pas à ce que les voitures, les motos et les camionnettes parcourent continuellement de longues distances, ce qui signifie qu'elles ne nécessitent pas d'énormes batteries, ce qui signifie moins de poids et des temps de recharge plus courts. Cependant, cela pourrait être sur le point de changer, car l'hydrogène devient plus facilement disponible sur la route et les principaux constructeurs automobiles, y compris Toyota, Hyundai et Honda développer des voitures à pile à combustible à hydrogène.
Conclusion
Les batteries, et en particulier les batteries lithium-ion, conservent aujourd'hui la première place dans la fabrication de véhicules électriques, cependant, la dépendance à l'égard des minéraux non renouvelables signifie la fin inévitable de cette source d'énergie. La technologie des piles à combustible à hydrogène, bien qu'encore en développement et actuellement plus chère que les batteries lithium-ion, est propre, flexible et économes en énergie.
Grâce à ces qualités, parallèlement aux objectifs des gouvernements mondiaux visant à réduire la dépendance aux combustibles fossiles et à réduire les émissions, on s'attend à ce que les véhicules à pile à combustible à hydrogène remplacent les véhicules électriques à batterie dans un avenir proche. L'augmentation des investissements et les avancées technologiques se traduiront par une plus grande efficacité des piles à combustible à hydrogène, conduisant à une valorisation projetée de plus de 131 milliards USD d'ici 2023, contre seulement 1.9 milliard USD en 2021.
B2B e-commerce sites, tels que Alibaba.com, offrent des services d'achat et de vente mondiaux avec des fabricants de batteries et de piles à combustible à hydrogène.
