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Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grace à la réaction d'un combustible (généralement du méthanol ou du dihydrogène) avec du dioxygène généralement issue de l'air. Cette réaction est accélérée par un catalyseur, généralement du platine.
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Le fonctionnement d'une telle pile est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau mais de telles piles sont aujourd'hui hors de prix (2004), notamment à cause des quantités non négligeables de platine qu'elles nécessitent.
L'inconvénient majeur de cette technique est le stockage de l'hydrogène : ce gaz est en effet hautement inflammable et très difficile à stocker, tous les réservoirs étant poreux par rapport à cette molécule. Pour limiter les fuites et les problèmes, il faut procéder à une liaison chimique (par exemple en méthane ou avec des hydrures métalliques) et libérer l'hydrogène juste avant utilisation.
Ici, il n'est plus question de stocker de l'hydrogène : celui-ci est produit peu de temps avant d'être consommé, à partir du méthanol. On lui fait tout d'abord subir un reformage qui le transforme en dihydrogène et en monoxyde de carbone : CH3OH → CO + 2 H2
Le monoxyde de carbone étant fortement toxique, on l'oxyde pour le transformer en dioxyde de carbone : CO + 1½ O2 → CO2
Le dihydrogène produit au départ entre ensuite dans la pile à combustible en elle-même, sur l'électrode négative alors que l'eau entre sur l'électrode positive (toutes deux en platine). Un contact électrique est fait entre les deux bornes (généralement à l'aide de graphite), et la réaction suivante a alors lieu : H2 + 1½ O2 → H2O, qui génère une différence de potentiel entre les deux bornes de la pile.
La réaction utilisée est l'inverse de l'électrolyse.
Grace aux progrès récents de cette technologie et à la baisse des prix, on commence à en voir l'utilisation dans de nouveaux domaines, comme les ordinateurs portables, les téléphones cellulaires et les véhicules propres.
La pile à combustible fonctionne à l'inverse de l'électrolyse de l'eau. Elle transforme l'énergie chimique en énergie électrique. C'est un générateur.
Elle ressemble à une pile ordinaire. Elle possède une cathode et une anode séparé par un électrolyte qui laisse passer les ions mais pas les électrons.
A l'inverse d'une pile classique, elle ne consomme pas son oxydant (ici l'oxygène O2)et son réducteur (ici l'hydrogène H2). Elle continue de fonctionner tant qu'elle est approvisionnée en hydrogène. Le réducteur peut être du méthanol ou du gaz naturel.
A l'anode nous avons la réaction suivante :
H2 ---> 2H+ + 2e-
Il y a donc production de 2 électrons par molécule d'hydrogène.
L'ion H+ passe de l'anode à la cathode et provoque un courant électrique par transfert des électrons dans le circuit électrique.
A la cathode les ions H+ sont consommés suivant la réaction :
O2 + 4 H+ + 4e- ---> 4 H2O
les réactions sont déclenchées par un catalyseur qui peut être une fine couche de platine.
