L'hydrogène (sous forme H2) passe dans les conduits de l'anode. En passant dans le catalyseur, la molécule se transforme en deux ions hydrogène (H+) et deux électrons (e-). Le design de la membrane n'autorise que le passage d'ions chargés positivement. Les ions H + passent donc au travers de la membrane et vont se combiner à l'oxygène, en fait, de l'air circulant dans les conduits de la cathode, et deux électrons qui ont circulé dans le circuit électrique (puisqu'ils ne peuvent pas passer au travers de la membrane). La combinaison se fait grâce au catalyseur de la cathode, et le résultat final donne de l'eau et de la chaleur. La réaction crée une tension électrique de 0,7 volt. Pour obtenir suffisamment d'énergie pour alimenter un moteur électrique, les piles sont associées en série.
Dans la pratique, la conception d'une pile à combustible est extrêmement complexe car chaque paramètre de la réaction doit être parfaitement maîtrisé (température, pression et débit des différents gaz). Le design de la membrane est aussi un élément particulièrement critique.
Avantages et inconvénients
Parmi les avantages, on pourra citer un bon rendement énergétique, une température de fonctionnement relativement faible (entre 60 et 100 degrés) de la technologie PEM (d'autres piles fonctionnent jusqu'à 1000 degrés) et des temps de recharge largement inférieurs à ceux des véhicules à batteries. Ainsi, des parcs de véhicules sont à l'essai dans certaines villes (voir AutoMag n° 2), et plusieurs constructeurs entendent mettre en vente des véhicules à hydrogène à l'horizon 2005-2007.
Parmi les inconvénients, il y a, bien sûr, les problèmes liés à la distribution et au stockage de l'hydrogène, mais ceci sort largement du cadre de cette chronique.