À mesure que nos besoins en énergie augmentent, notre dépendance aux combustibles fossiles augmente également. Cependant, la crainte d'épuisement des ressources et une dépendance accrue au pétrole étranger ont braqué les projecteurs sur les sources d'énergie alternatives, telles que les piles à combustible. Au lieu de brûler du carburant, ils fonctionnent en générant de l'électricité par une réaction chimique. Une pile à combustible utilise une électrode positive (la cathode) et une électrode négative (l'anode) avec un électrolyte entre elles pour conduire les particules chargées. Les scientifiques connaissent les piles à combustible depuis plus d'un siècle, et la NASA les a effectivement utilisées dans les années 1960 sur le vaisseau spatial Apollo, puis plus tard sur la navette spatiale.
L'un des types de piles à combustible les plus efficaces est la pile à combustible à oxyde solide (SOFC). Dans une SOFC, l'oxygène est envoyé à travers la cathode, libérant des ions d'oxygène chargés négativement qui traversent l'électrolyte de la cathode à l'anode. A l'anode, les ions rencontrent un gaz combustible et réagissent en libérant des électrons (ainsi que de l'eau, du dioxyde de carbone et de la chaleur). Cela crée un courant d'électricité utilisable. Plusieurs piles à combustible sont assemblées en une série connue sous le nom de pile.
Non seulement les SOFC produisent moins d'émissions, mais elles sont également environ deux à trois fois plus efficaces que les méthodes de combustion interne. L'un des avantages des SOFC par rapport aux piles à combustible à hydrogène est la flexibilité du carburant - les SOFC peuvent fonctionner avec une variété de carburants, y compris l'hydrogène et les biocarburants. Elles utilisent également un matériau céramique moins cher plutôt que des métaux précieux, contrairement aux autres piles à combustible. Ils ne comptent pas non plus sur la réutilisation de la chaleur perdue (appelée systèmes de production combinée de chaleur et d'électricité). En raison de ces nombreux avantages, les SOFC ont déjà fait leurs preuves pour le chauffage des bâtiments.
Cependant, de nombreuses contraintes ont limité leur applicabilité à grande échelle dans des choses comme les voitures. A savoir, les SOFC sont très grosses et très chaudes. La température élevée permet des rendements plus élevés, mais elle pose également des problèmes d'ingénierie. Les SOFC typiques qui ont été sur le marché, comme le Bloom Energy Server (connu sous le nom de Bloom Box), utilisent des électrolytes épais dans les piles à combustible pour ajouter un support structurel. Mais cela provoque plus de résistance électrique qui doit être surmontée par des températures élevées.
En 2011, cependant, des chercheurs de l'Université du Maryland ont annoncé des développements utilisant une nouvelle conception et différents matériaux pour l'électrolyte qui permettent une taille beaucoup plus petite. Les chercheurs ont également réussi à réduire considérablement la température de fonctionnement à 650 degrés Celsius (1202 degrés Fahrenheit), contre 900 degrés Celsius (1652 degrés Fahrenheit). Cela réduit les coûts des matériaux isolants, qui sont nécessaires pour réduire le temps de chauffage du système.
Bien que les piles à combustible à hydrogène aient beaucoup retenu l'attention des médias en tant qu'avenir des voitures à énergie alternative, beaucoup pensent que les SOFC ont en fait le plus grand potentiel pour le transport. Par exemple, alors même que les développements continuent de rendre les SOFC plus pratiques pour une utilisation dans les véhicules, nous pourrions voir des voitures qui combinent la batterie de voiture électrique avec la technologie SOFC.
