Une nouvelle génération de piles à combustible plus rentable
Les technologies de pile à combustible à base de membrane électrolyte polymère (MEP) ont le potentiel pour révolutionner les transports, en améliorant de manière considérable l'efficacité des piles et en limitant leur impact sur l'environnement. Cependant, leur coût doit baisser pour les rendre viables sur le marché. La grande majorité des piles à combustible MEP actuelles utilisent des particules de platines sur des supports en carbone poreux pour catalyser l'oxydation de l'hydrogène et la réduction de l'oxygène. À l'exception des catalyseurs, à ce stade, les travaux ont porté sur d'autres aspects des couches actives jouant un rôle essentiel dans les performances des piles à combustible. Le projet PEMICAN (PEM with innovative low cost core for automotive application) a permis de nouvelles avancées dans le développement des couches actives. PEMICAN a proposé de réduire les coûts liés aux catalyseurs à 0,15 g de platine par kW. Les chercheurs ont donc tenté de renforcer l'usage du catalyseur et sa densité de puissance en améliorant les propriétés de transport sur les couches actives. Cette approche était combinée à des réductions de charge de Pt par contrôle de la répartition sur couche très fine côté anode et des gradients côté cathode. À ce titre, les efforts ont été consacrés à l'introduction d'électrolytes spécifiques et de carbone noir sur les couches actives. Ces nouvelles matières premières ont contribué à l'augmentation de la charge et des transferts gazeux. Le courant électrique délivré a lui aussi augmenté, à l'instar de la densité de puissance. Pour limiter la charge du catalyseur, les partenaires ont situé le platine là où il était le plus utile. Les tests ont montré qu'une densité de puissance supérieure était difficile à atteindre face à une charge aussi faible (par ex.: 0,15 g/kW). À l'avenir, les chercheurs tenteront d'augmenter la densité de puissance à une valeur idéale de 1W par mètre carré, même si une charge supérieure est nécessaire. Les partenaires ont seulement réussi à réduire la charge de platine de 1 à 0,57 g. Ils ont aussi mis au point un modèle de réseau poreux pour la couche catalytique de la cathode. Les simulations ont montré que des électrodes non uniformes avaient un impact positif sur les performances des piles à combustible PEM. Plus l'électrode est mince, plus le catalyseur de platine est efficace. Les résultats du projet contribueront à limiter les frais propres aux piles à combustible MEP, ce qui permettra une exploitation massive dans le secteur automobile. Le projet a ciblé essentiellement le platine pur, mais les conclusions pourraient être également utiles en présence de platine non pur, ce qui limiterait encore les coûts.
Mots‑clés
Piles à combustible, platine, membrane à électrolyte polymère, couches actives, automobile, densité de puissance
