Micro PAC pour portables

Des piles à combustibles miniatures pourraient équiper les téléphones mobiles et les ordinateurs portables d’ici les quinze prochaines années. Leurs atouts : autonomie, simplicité et rapidité de recharge.

Plus d’autonomie, un temps de recharge plus court, sans branchement au réseau électrique, voici les nouvelles demandes des utilisateurs de téléphones mobiles ou d’ordinateurs portables. Seulement les batteries au lithium qui équipent la majorité de ces appareils ont atteint les limites de leurs performances, en ne fournissant guère plus que deux ou trois heures de conversation ou d’utilisation du micro-ordinateur. D’où l’intérêt des industriels pour des piles à combustible, dans une gamme de puissance allant de 0,1watt à une dizaine de watts, grâce auxquelles “une seule recharge de combustible pourrait offrir dix heures d’autonomie”, précise Didier Marsacq, du laboratoire Sources d’énergie miniatures du CEA/Grenoble.
Un problème de taille : la miniaturisation

Dans ce domaine, ce sont les PEMFC (piles à membrane échangeuse de protons) qui tiennent le haut de l’affiche : elles peuvent fonctionner à température ambiante (de 25°C à 40°C) et requièrent une technologie tout solide. Néanmoins, leur utilisation dans les télécommunications ou en micro-informatique reste problématique. Premier obstacle : la taille des appareils à équiper. Certains constructeurs, notamment japonais et américains, misent sur la réduction d’échelle des piles à combustible dédiées à l’automobile. Pour Didier Marsacq, “cette voie devrait rapidement révéler ses limites.” A son avis, il faut “penser différemment.” Les chercheurs du CEA développent ainsi un nouveau concept en mettant à profit leur savoir-faire en microélectronique, et en appliquant aux piles à combustible les techniques de fabrication des circuits imprimés (lithographie, traitement sous vide PVD et CVD). Le résultat : un cœur de pile, siège de la réaction productrice d’électricité, constitué d’un empilement de couches très minces de quelques microns d’épaisseur sur un substrat de silicium. “En un an, nous avons réussi à obtenir une pile miniature capable de fournir 10 à 15milliwatts par centimètre carré, se réjouit Didier Marsacq. Il n’en faudrait que cinq fois plus pour faire fonctionner un téléphone mobile.”
Présenté en juin dernier, ce premier prototype était composé de matériaux classiques : Nafion (un polymère perfluoré) pour la membrane, carbone platiné pour les électrodes. La seconde génération de pile miniature du CEA, dont le développement devrait être achevée au début de 2002, s’appuiera sur des matériaux mieux adaptés à la microélectronique, notamment à la mise en œuvre de dépôt de couches minces, comme les polyimides sulfonés pour la membrane et un mélange polymère conducteur et platine pour les électrodes. Mais la taille n’est pas le seul obstacle à franchir pour élaborer des piles à combustible pour applications nomades.

De l’hydrogène en poudre

Il faut aussi trouver le moyen de stockage du combustible. “Si l’hydrogène pur peut être employé dans les systèmes appliqués aux transports, il est exclu pour ceux prévus pour les téléphones mobiles et les ordinateurs portables”, estime Didier Marsacq. Les industriels lancés dans la course à la pile miniature, comme Motorola, Nec ou Sony, ont privilégié en particulier la voie du méthanol, source d’hydrogène. Une voie qui pose néanmoins des problèmes spécifiques, notamment pour la conception d’un cœur efficace. La course aux solutions est ouverte… Et dans ce domaine, le temps s’avère primordial. “Si nous n’avons pas mis au point notre technologie définitive dans trois ou quatre ans, nous serons hors course”, admet Didier Marsacq. Pour le combustible, les chercheurs du CEA ont donc trouvé une alternative, avec l’aide d’un partenaire industriel. Il s’agit d’un composé chimique en poudre capable d’émettre de l’hydrogène sur demande et qui peut être stocké sous forme solide. La recharge de combustible pourrait donc se présenter sous la forme d’une carte à insérer dans le téléphone. Un autre avantage sur le méthanol, stocké dans un réservoir sous forme liquide.
Quant au coût, il ne devrait pas dépasser celui des batteries au lithium, soit environ un euro le watt. Néanmoins, il est probable que le consommateur accepte une légère hausse du prix des appareils, vu les bénéfices certains qu’apporteront les piles à combustible.

De l’hydrogène dans les ordinateurs portables et smartphones ?

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