Des piles à combustible longue durée pour applications fixes
Les PC sont des dispositifs de conversion électrochimique, qui génèrent de l'électricité par réaction chimique entre un combustible tel que l'hydrogène gazeux (H2) et l'oxygène de l'air. Ainsi, il s'agit d'un processus de conversion électrochimique, mais qui n'implique pas de combustion, de combustibles fossiles ou d'émissions de particules, et qui ne produit que de l'eau comme produit secondaire. De plus, les PC sont efficaces, silencieuses et sans composants qui se déplacent, ce qui signifie qu'il n'y a pas de frottement et pas de dégradation associée. Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC, piles à combustible à membrane électrolytique en polymères) sont actuellement la technologie de choix pour l'automobile. Les recherches ont ciblé des techniques de production à faible coût et des durées de vie de 5 000 heures. Pour les applications fixes, une longue durée de vie et des coûts de maintenance réduits sont souvent plus importants que l'investissement initial. Le projet STAYERS (STAYERS Stationary PEM fuel cells with lifetimes beyond five years), financé par l'UE, a pour objectif de répondre à ce besoin en matière de longévité (plus de 40 000 heures d'utilisation continue) et de dégradation minimale. Au cours de la dernière période de référence de 6 mois, les chercheurs ont entrepris de compléter et analyser les données collectées à partir de tests de vieillissement accéléré et de tests finaux sur le terrain. Le travail a inclus une analyse rétrospective des combinaisons les plus prometteuses après désassemblage. Deux membranes produites à l'aide de processus améliorés ont fait l'objet des tests finaux. Les améliorations éliminent le traitement a posteriori, facilitent la production en rouleaux plutôt qu'en feuilles et intègrent des capteurs de radicaux. Les membranes ont été incorporées dans des assemblages membrane électrodes (AME) de troisième et quatrième génération, puis intégrés dans des batteries de PC sous des combinaisons variables, dont un concept d'arc-en-ciel contenant de nombreuses variations d'AME dans une même batterie. Les tests de terrain des batteries ont montré l'irréversibilité du mécanisme de dégradation, mais la dégradation réversible est encore en cours d'étude. Cependant, une composition d'AME l'a réduite de manière significative. De plus, la sensibilité des AME aux impuretés dans l'alimentation en H2 n'était pas affectée par le vieillissement accéléré, alors que la sensibilité accrue aux impuretés de l'air avait un impact sur le fonctionnement. Néanmoins, l'AME avec le plus petit changement est compatible avec les objectifs du projet. Toutes les batteries ont été enlevées et analysées, montrant la prédominance des mécanismes de dégradation. Les résultats du projet pourraient faire de l'Europe un leader mondial des piles à combustible et des technologies hydrogène, créant des opportunités commerciales et contribuant à réduire les rejets de gaz à effets de serre et leur impact sur le climat. L'augmentation des durées de vie permet de réduire les coûts de fonctionnement et permet ainsi d'atteindre une faisabilité économique. Un bon exemple est l'application de centrales à MEP de grande taille, qui convertissent de l'hydrogène résiduel en électricité «propre».
Mots‑clés
Piles à combustible, MEP, dégradation, longévité, hydrogène gazeux, vieillissement accéléré, assemblages membrane électrodes
