Des piles à combustibles faites pour durer
Par génération combinée de chaleur et d'électricité (CHP - Combined heat and power), on entend une technologie hautement efficace qui produit de l'électricité et capte la chaleur utile produite par le procédé. Les centrales à CHP peuvent atteindre des efficacités en excès de 80% par rapport à l'efficacité de 40 à 50% des centrales conventionnelles à turbines à gaz à cycle combiné (TGCC). En outre, le processus de CHP est compatible avec les carburants fossiles et renouvelables. La production à petite échelle, ou micro-CHP pour les foyers et les bâtiments est considérée comme un marché important pour les FC. Les piles à combustibles à membrane d'échange de proton (PEMFC - Proton exchange membrane fuel cells) à basse température sont particulièrement prometteuses, mais leur durée de vie en fonctionnement continu doivent être considérablement augmentées en vue d'atteindre les 40 000 heures. Des scientifiques ont donc lancé le projet Keepemalive financé par l'UE pour approfondir les connaissances sur les mécanismes de dégradation et de défaillance afin de rendre possible des durées de vie requises à un coût raisonnable tout en maintenant la performance. Les essais concernant la dégradation sur la durée de vie d'un produit lorsqu'on s'attend à ce qu'elle soit de l'ordre de quatre à cinq ans pour un fonctionnement continu nécessite l'utilisation d'essais accélérés du stress (AST - accelerated stress tests). Ainsi, une partie importante des travaux de Keepemalive concerne le développement de protocoles AST améliorés. Ils ont été définis pour permettre l'identification et la quantification des principaux facteurs et interrelations résultant de la dégradation, ainsi que pour caractériser les changements réels se produisant au niveau des propriétés des matériaux PEMFC et des pertes connexes et terme de performance. Des électrocatalyseurs ont été caractérisés à l'aide de divers essais, dont la dégradation accélérée des catalyseurs (perte de la zone de surface électrochimique ou ECSA, de l'anglais electrochemical surface area) par le cycle de la tension dans des conditions rassemblant au démarrage, au changement de charge et à l'arrêt. Les scientifiques développent un modèle mathématique d'essais expérimentaux de dégradation ex situ. Des matériaux de catalyseurs ont été sélectionnés pour les assemblages membrane-électrode (MEA, de l'anglais membrane-electrode assemblies). L'incorporation de certains additifs dans les membranes permettait de réduire la dégradation chimique induite par le fer (Fe)/peroxyde d'hydrogène (H2O2), produisant un MEA hautement durable capable de faire concurrence aux principaux producteurs internationaux. Une durée de vie de service plus longue des systèmes micro-CHP signifiera davantage de puissance livrée dès l'investissement initial, ce qui encouragera les consommateurs à adopter ce genre de systèmes. Une plus grande utilisation de la technologie de LT PEMFC réduira les émissions provenant de la production d'énergie stationnaire et rendra plus faisable l'utilisation de formes moins fiables d'énergie renouvelable telles que l'énergie éolienne en intermittence ou en tandem.
