La production d'hydrogène par piles alcalines est une technologie électrolytique relativement mature. Sûre et fiable, avec une durée de vie de 15 ans, elle est largement utilisée commercialement. Son rendement est généralement compris entre 42 % et 78 %. Ces dernières années, les piles alcalines électrolytiques ont progressé sur deux fronts principaux. D'une part, leur rendement a été amélioré et les coûts d'exploitation liés à la consommation d'électricité ont été réduits. D'autre part, la densité de courant de fonctionnement a augmenté et le coût d'investissement a diminué.
Le principe de fonctionnement d'un électrolyseur alcalin est illustré sur la figure. La batterie est constituée de deux électrodes séparées par un diaphragme étanche. L'ensemble batterie est immergé dans une forte concentration d'électrolyte liquide alcalin KOH (20 à 30 %) afin de maximiser la conductivité ionique. Des solutions de NaOH et de NaCl peuvent également être utilisées comme électrolytes, mais leur utilisation est peu courante. Le principal inconvénient des électrolytes est leur corrosivité. La cellule fonctionne à une température comprise entre 65 °C et 100 °C. La cathode produit de l'hydrogène, et l'OH- ainsi produit traverse le diaphragme jusqu'à l'anode, où il se recombine pour produire de l'oxygène.
Les cellules électrolytiques alcalines avancées sont adaptées à la production d'hydrogène à grande échelle. Certaines de ces cellules offrent une capacité de production d'hydrogène très élevée (500 à 760 Nm³/h), pour une consommation électrique de 2 150 à 3 534 kW. En pratique, afin d'éviter la formation de mélanges gazeux inflammables, le rendement en hydrogène est limité à 25 à 100 % de la plage nominale, la densité de courant maximale admissible est d'environ 0,4 A/cm², la température de fonctionnement est comprise entre 5 et 100 °C et la pression électrolytique maximale est proche de 2,5 à 3,0 MPa. Une pression électrolytique trop élevée augmente le coût d'investissement et le risque de formation de mélanges gazeux nocifs. Sans dispositif de purification auxiliaire, la pureté de l'hydrogène produit par électrolyse alcaline peut atteindre 99 %. L'eau d'électrolyse de la cellule électrolytique alcaline doit être pure ; pour protéger l'électrode et garantir un fonctionnement sûr, sa conductivité doit être inférieure à 5 S/cm.
Date de publication : 02/02/2023