L’électrolyse est constituée de trois niveaux d’architectures : la cellule, la pile et l’unité de production. La cellule d’électrolyseur est constituée de deux électrodes métalliques conductrices (l’anode et la cathode), reliées à un générateur de courant continu et séparées par un électrolyte qui peut être une solution aqueuse ou une membrane.
Assemblées les unes aux autres, les cellules constituent des piles, souvent construites en série, qui, complétées par des équipements auxiliaires (contrôles électriques, traitement de l’eau, tuyauterie, compresseur…) forment les unités de production d’électrolyse.
En usage depuis le début du 20eme siècle, notamment pour la production d’ammoniac et de chlore, les électrolyseurs alcalins sont les plus matures. En l’absence de matériaux précieux, les coûts d’investissement sont relativement limités. En dépit d’avancées en matière de réactivité et de production pressurisée, l’alcalin offre moins de flexibilité que ses alternatives, des perspectives de réductions de coûts plus limitées, et nécessitent plus de maintenance.
La technologie PEM a été développée dans les années 60 en réaction aux limites opérationnelles des électrolyseurs alcalins, notamment leur taille, et au problème du recyclage de potasse. Très flexibles et compacts, les PEM réduisent également les coûts de maintenance. Plus coûteux que les alcalins, les PEM vont bénéficier d’effets d’échelle, de la massification de la production et d’amélioration de la connaissance pour gagner en compétitivité et notamment pour améliorer l’usage des métaux précieux et accroître la durée de vie des piles d’électrolyse.
En présence de source de chaleur, une partie des besoins énergétiques de la réaction est apportée par la vapeur d’eau. Utilisant la céramique comme électrolyse, les SOEC permettent de réduire les coûts d’investissements, ouvrent la possibilité de la co-électrolyse de l’eau et du CO2 pour la production d’électro-carburant, ainsi qu’une utilisation en mode inversé pour produire de l’électricité. Les SOEC souffrent cependant d’une durée de vie encore très limitée et doivent démontrer leur capacité à offrir une solution commerciale.
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