Des piles à combustible à éthanol à température intermédiaire
L'éthanol constitue un carburant cible privilégié pour être utilisé dans des piles à combustible à éthanol direct (DEFC). Les piles à combustible électrochimiques convertissent l'énergie chimique du bioéthanol en énergie électrique, fournissant une source d'énergie propre et extrêmement efficace à la fois pour des utilisations fixes et mobiles. La technologie DEFC ne nécessite pas de pré-reformeur pour produire de l'hydrogène sur place, ce qui permet d'éviter le gaspillage d'énergie primaire. L'éthanol est d'autre part beaucoup plus facile à stocker que l'hydrogène. Enfin, sa haute densité en fait un carburant parfait pour les piles à combustible. Cependant, un problème majeur freine l'utilisation pratique des DEFC, lié à la nécessité de développer des catalyseurs alternatifs capables d'initier une oxydation complète à un débit élevé. Au commencement du projet, il n'existait pas de système électrocatalytique efficace capable de délivrer 12 électrons par molécule d'éthanol. L'oxydation électrochimique de l'éthanol était rendue difficile par l'importante augmentation du nombre d'intermédiaires réactionnels Pour remédier à cette situation le projet DECORE (Direct electrochemical oxidation reaction of ethanol: Optimization of the catalyst/support assembly for high temperature operation (DECORE)), financé par l'UE, a préparé des supports et des nanocatalyseurs innovants qui n'avaient jusqu'alors pas été utilisés comme composants dans les anodes des DEFC. La stratégie adoptée par DECORE est associée à l'exploitation de la température pour améliorer la sélectivité en faveur de l'oxydation complète de l'éthanol. Basés sur l'oxycarbure de titane, les supports nouvellement développés permettent de surmonter les problèmes liés à l'utilisation des supports classiques en carbone pour des températures comprises entre 150 et 200 °C, tels que la corrosion du support lui-même. Ils présentent en outre une conductivité électrique suffisante et une excellente porosité. En ce qui concerne le nanocatalyseur, le projet a ciblé le développement de nanoparticules basées sur six carbures métalliques, conformément aux directives de l'UE qui visent à réduire la dépendance envers les métaux précieux. Après l'adjonction de très petites quantités de platine dans les carbures métalliques, l'anode a été testée dans une DEFC unique. Les tests ont produit des pics de densité de puissance de 45 mW/cm2 à 150 °C et de jusqu'à 93 mW/cm2 à 180 °C, lorsqu'on a alimenté la cellule avec un mélange d'alcool et d'eau dans une proportion de 1 à 4. Accessoirement, DECORE a également réussi à mettre au point des supports innovants et plus durables pouvant être utilisés dans des piles à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC) à haute température alimentés à l'hydrogène. Après un nouveau processus de mise à l'échelle, ce résultat pourrait être directement exploité par les dispositifs existants.
Mots‑clés
Éthanol, catalyseurs, piles à combustible à éthanol direct, bioéthanol, DECORE
