De nouveaux matériaux pour les électrodes des piles à combustible
Les piles à combustible à membrane et électrolyte en polymère, fonctionnant à haute température (HT PEMFC), peuvent générer de l'électricité à partir de l'hydrogène par reformage de diesel ou de méthanol. Elles ont soulevé un grand intérêt. Leur fonctionnement à des températures plus élevées, en général de 150 à 180 degrés Celsius, conduit à des systèmes de reformage plus petits et moins coûteux. Un générateur à base de piles HT-PEMFC pourrait être intégré dans un véhicule utilisant les combustibles liquides déjà disponibles, comme l'essence et le méthanol. Le projet ARTEMIS (Automotive PEMFC range extender with high temperature improved MEAs and stacks), financé par l'UE, a perfectionné ce genre de pile HT-PEMFC pour une température de fonctionnement d'au moins 130 degrés Celsius, à destination des automobiles. Les chercheurs ont mis au point d'autres matériaux pour des ensembles d'électrodes à membrane, qui seront intégrés à une pile HT-PEMFC de 3 kW électriques. Ces électrodes utilisent de nouvelles membranes en fibres synthétiques, avec un point de fusion élevé et des couches catalytiques améliorées. Celles-ci nécessitent moins de charge, ont un meilleur rendement à haute température et sont moins sensibles à des composés comme le monoxyde de carbone. L'équipe d'ARTEMIS a commencé par fabriquer des ensembles d'électrodes en matériaux de référence du commerce, puis a intégré progressivement ses nouveaux matériaux pour évaluer leur compatibilité. Elle a aussi défini les protocoles voulus pour caractériser et valider les matériaux et les composants. Les nouveaux matériaux, plus légers, préservent la résistance mécanique, la stabilité chimique et la conductivité. Les chercheurs ont ensuite travaillé à mettre au point des membranes en polymères fortement dopées aux acides, ainsi que des supports et des catalyseurs d'anode et de cathode, capables de supporter des températures de 150 à 180 degrés Celsius. Ils ont notablement réduit la quantité de catalyseurs du groupe du platine par rapport aux HT-PEMFC actuelles. Les chercheurs d'ARTEMIS se sont attaqués aux problèmes de l'utilisation des piles à combustible dans les automobiles, mais leurs travaux auront aussi des avantages notables pour les véhicules spécialisés, la production décentralisée d'électricité, et même l'accélération des unités de traitement. D'autres travaux de recherche et de développement porteront sur des démonstrations aux niveaux des ensembles d'électrodes, des piles, du système et des sous-systèmes.
Mots‑clés
Piles à combustible, ensembles d'électrode à membrane, HT-PEMFC, hydrogène, ARTEMIS
