Les piles à combustible sont-elles aussi durables que les moteurs conventionnels?
Les piles à combustible à électrolyte en polymère (PEFC) sont très prometteuses, car elles fonctionnent à basse température et qu'il est facile d'adapter leur production électrique aux besoins. Elles fonctionnent avec de l'hydrogène pur et génèrent de l'électricité sans aucun rejet carbone. Des progrès importants ont été réalisés pour réduire les coûts et augmenter la durée de vie des PEFC, mais l'objectif d'une durabilité de 40 000 heures reste difficile à atteindre. Le projet PREMIUM ACT (Predictive modelling for innovative unit management and accelerated testing procedures of PEFC), financé par l'UE, voulait surmonter cet obstacle. Les chercheurs ont adopté une approche innovante, combinant l'expérimentation avec un modèle mécanique original à plusieurs échelles, afin de reproduire la dégradation durant tous les processus des PEFC. Ils ont ainsi éclairci le couplage des mécanismes de dégradation des PEDC qui utilisent de l'hydrogène obtenu par reformage, ou de l'hydrogène produit par des procédés chimiques catalytiques. Les tests de vieillissement sur des assemblages membrane-électrode ont mis en évidence deux types de dégradation, induisant des diminutions réversibles ou définitives des performances. Ils ont identifié des modifications du comportement électrochimique en utilisant des méthodes in situ. Des méthodes ex-situ ont permis d'évaluer les relations entre la dégradation locale et les hétérogénéités des propriétés chimiques, physiques et structurelles des composants et des empilements de cellules. Les chercheurs ont utilisé une pile à combustible à méthanol, directe et stationnaire, et des tests de cycle de charge, pour identifier les facteurs définissant une dégradation réversible, ainsi que les conditions assurant des pertes réversibles minimales. Ils ont étudié le cycle de charge et les effets de la composition du combustible obtenu par reformage, révélant que la concentration de monoxyde de carbone a un impact majeur sur le taux des dégradations réversibles. Point important, les chercheurs ont déterminé que les mécanismes de vieillissement sont liés à la dégradation du catalyseur de l'anode, qui contient du platine et du ruthénium. De nouveaux indices suggèrent que la dissolution et la re-déposition du ruthénium affectent le fonctionnement des PEFC, en conjonction avec les conditions locales. Les chercheurs ont aussi quantifié les pertes et les propriétés de transport des polymères, qui sont liées aux paramètres de fonctionnement. Les travaux de PREMIUM ACT ont permis de mieux comprendre le fonctionnement des PEFC et révélé les conditions permettant d'améliorer la stabilité de la tension et de prolonger leur durée de vie. Le fait d'augmenter la durabilité des piles à combustible afin de garantir 40 000 heures de fonctionnement continu représente un défi majeur, mais un premier pas a été effectué dans cette direction.
Mots‑clés
Piles à combustible, électrolyte en polymère, PREMIUM ACT, reformage de l'hydrogène, monoxyde de carbone, platine
