Le CEA développe une filière micropile à combustible

Le principe de la micropile à combustible (micropac) ne repose pas sur la simple réduction de taille d’une pile à combustible classique, mais sur une véritable rupture technologique basée sur l’emploi des procédés de type couches minces1.

Depuis 2001, le CEA-Liten développe une filière micropile à combustible pour alimenter en énergie les appareils nomades et communicants.

L’exploitation simultanée des compétences en électrochimie et en microtechnologie a permis de mettre au point cette technologie à partir de plaquettes de silicium sur lesquelles sont élaborées des « puces » de pile à combustible. Le dispositif de stockage d’énergie est une cartouche jetable capable d’émettre de l’hydrogène gazeux en fonction de la demande.

Ces micropiles, d’une puissance allant de quelques milliwatts à 10 watts, associées à une cartouche de combustible peuvent fonctionner deux à trois fois plus longtemps qu’une batterie au lithium. En effet, la densité d’énergie massique accessible est voisine aujourd’hui d’une batterie lithium ion et sera dans un futur proche de 500 Wh/kg contre 200Wh/kg.

Dans le cas de terminaux sans fil, des systèmes hybrides micropac/batteries au lithium sont nécessaires, la batterie lithium assurant les pics de puissance et la micropac, l’autonomie.

Le développement des équipements électroniques portables pose de manière cruciale le problème de la fourniture d’énergie. L’évolution prévisible des fonctionnalités et des usages des appareils électroniques portables ainsi que l’introduction de composants électroniques nouveaux augmentent considérablement les besoins en termes de puissance consommée et d’autonomie. De nombreuses recherches s’orientent à la fois vers l’optimisation des composants et la mise au point de sources d’énergie miniatures alternatives aux accumulateurs Li-ion actuels, dont les progrès sont par ailleurs constants. Dans ce contexte, la pile à combustible miniature apparaît comme une solution attractive, car elle constitue une réelle rupture technologique qui pourrait profiter à l’Europe et notamment à l’industrie de la micro-électronique jusque là absente des sources d’énergie électrochimiques.

Une pile à combustible est un générateur électrique qui, en présence de différents combustibles (hydrogène, alcool, …) et d’oxygène, réalise la transformation directe de l’énergie chimique en énergie électrique.

Actuellement, deux filières sont principalement étudiées dans le monde pour les applications portables de faible énergie : les piles PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) et DMFC (Direct Methanol Fuel Cell).

Ces deux types de pile à combustible diffèrent essentiellement par le combustible employé à l’anode, qui est de l’hydrogène pour les PEMFC et du méthanol liquide pour les DMFC. La problématique des piles à combustible miniatures s’articule autour de deux choix technologiques : la nature du combustible utilisé à l’anode et l’architecture de la pile à combustible.

1 Une couche mince est une fine pellicule d’un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner des propriétés particulières à la surface de la pièce tout en bénéficiant des propriétés massives du substrat.