Comparaison des systèmes d'alimentation à pile à combustible à hydrogène et des moteurs à combustion interne à hydrogène

Le principe de base de piles à combustible à hydrogène Le principe de fonctionnement d'une pile à combustible à hydrogène repose sur la décomposition de l'hydrogène en électrons et en ions hydrogène (protons) par un catalyseur (platine) situé dans l'anode. Les protons traversent la membrane échangeuse de protons pour atteindre la cathode, où ils réagissent avec l'oxygène pour former de l'eau et de la chaleur. Les électrons correspondants circulent de l'anode à la cathode via un circuit externe, générant ainsi de l'énergie électrique. La structure des piles à combustible à hydrogène se compose principalement de plaques bipolaires, d'électrodes à membrane (membrane échangeuse de protons recouverte d'une couche de catalyseur), de couches de diffusion gazeuse, de plaques isolantes, etc. Ensuite, sur la base de la pile, des systèmes supplémentaires tels que le système d'air, le système d'hydrogène, le système électronique et électrique, ainsi que le système de gestion thermique de l'eau sont intégrés pour former un système d'alimentation à pile à combustible à hydrogène, qui est essentiellement un moteur à pile à combustible à hydrogène.

Les moteurs à combustion interne à hydrogène tirent leur puissance de la combustion d'hydrogène. Comme les moteurs à carburant conventionnels, ce type de moteur fonctionne en quatre temps : admission, compression, puissance et échappement, l'hydrogène remplaçant les carburants conventionnels. Prenons l'exemple du moteur Cummins : sa structure est essentiellement similaire à celle d'un moteur au gaz naturel, comprenant des composants tels que le bloc-cylindres, le vilebrequin, la culasse, le système d'allumage et les pièces de fixation. Les pièces des moteurs à combustion interne à hydrogène et des moteurs diesel sont également partiellement interchangeables, comme les blocs-cylindres, les vilebrequins, les supports, les carters de volant moteur et autres pièces de fixation. La grande similarité et l'interchangeabilité de ces composants permettent de tirer parti des avantages économiques des moteurs à combustion interne à hydrogène Cummins, d'améliorer la fiabilité des équipements et d'apporter un soutien crucial à la transition de l'industrie vers des pratiques bas carbone.

Les similitudes entre les deux nécessitent la participation de l'hydrogène et de l'oxygène à la réaction. Toutes les unités de stockage de carburant et les réservoirs de stockage d'hydrogène sont nécessaires pour alimenter le véhicule. La différence réside dans le fait que les deux génèrent de l'énergie de manière différente, ce qui entraîne également une différence significative d'efficacité. Ainsi, les véhicules à pile à combustible auront une plus grande autonomie avec la même consommation d'hydrogène. La conception des moteurs est également radicalement différente. Les piles à combustible sont plus respectueuses de l'environnement que les moteurs à combustion à hydrogène. De plus, il n'y a aucune différence dans la vitesse de libération de l'énergie, et les moteurs à combustion interne et les piles à combustible peuvent tous deux produire une puissance élevée à court terme.
Comparé aux deux itinéraires, les avantages de piles à combustible à hydrogène sont une efficacité de conversion élevée, de faibles émissions de pollution et un degré élevé d'application commerciale, en particulier en termes d'efficacité de conversion, l'efficacité thermique des moteurs à hydrogène est difficile à dépasser 45 %, tandis que l'efficacité de conversion des piles à combustible à hydrogène peut atteindre plus de 60 %.
Les avantages des moteurs à hydrogène sont leur faible coût (environ 10 % de celui des piles à combustible), leurs faibles exigences en matière de pureté de l'hydrogène et leur adaptabilité aux moteurs à combustion existants. De plus, les moteurs à combustion interne à hydrogène sont mieux adaptés aux véhicules utilitaires tels que les camions moyens et lourds, grâce à leur rendement supérieur sous forte charge.