Des piles à combustible haute température pour la mobilité lourde

En utilisant des membranes échangeuses de protons à haute température (HT-PEM) dans les piles à combustible, la pureté de l’hydrogène ne constitue plus un problème. Il est même possible d’employer tout carburant porteur de molécules H2. A la clé également, un gain de poids sur les véhicules lourds.
 
Parce qu’elles fonctionnent à des températures relativement basses, les PAC à membranes PEM classiques exigent une pureté parfaite de l’hydrogène. Aux Etats-Unis, un partenariat vient d’être constitué autour du laboratoire national de Los Alamos afin de mettre au point et rendre commercialisables des piles à combustible employant des membranes échangeuses de protons à haute température. Destinée aux poids lourds, cette technologie s’appuie sur un assemblage membrane-électrode différent porté par cet établissement. Il ne reposera plus sur l’eau, mais sur un polymère. Grâce à cela, les PAC HT-PEM peuvent fonctionner de façon fiable sur une plus large plage de températures élevées, entre 80 et 200° C.
 

Un système plus léger

Plusieurs bénéfices importants résulteraient de l’adoption de ces membranes, dont le premier serait de ne plus avoir à se préoccuper du dégagement de chaleur qui accompagne habituellement la production d’électricité dans les piles à combustibles.

« En fonctionnement à haute température, nous pouvons construire des camions lourds avec une conception beaucoup plus simple, ce qui nous permet de réduire considérablement le poids », ajoute Yu Seung Kim, scientifique au laboratoire de Los Alamos. C’est au niveau des réservoirs que le gain serait le plus important. Aujourd’hui, pour une autonomie supérieure à 550 kilomètres, les tracteurs routiers doivent embarquer des contenants H2 pesant de l’ordre de 1.800 kg. Grâce aux futures PAC HT-PEM, le poids des réservoirs pourrait perdre plus de 650 kg.


 

Une multitude de carburants

Pourquoi cette baisse de poids des réservoirs ? Tout simplement parce que les piles HT-PEM, en plus de l’hydrogène pur, peuvent fonctionner avec n’importe quel carburant porteur de molécules H2. Il devient possible d’employer des combustibles liquides à haute densité d’énergie.

Les applications sont nombreuses pour la mobilité. Les navires peuvent ainsi avancer avec du méthanol ou à l’ammoniac renouvelable. Le méthoxyméthane, ou diméthyléther, serait privilégié dans l’aviation. Voilà pourquoi le département américain de l’énergie, par l’intermédiaire de son bureau des technologies de l’hydrogène et des piles à combustible, soutient financièrement le projet.
 

Rôles des partenaires

Les connaissances du laboratoire national de Los Alamos en matière de membranes HT-PEM vont être transférées à celui des énergies renouvelables qui aura la charge de développer le processus de production en masse des assemblages membrane-électrode. De son côté, le laboratoire national de Brookhaven va travailler sur les catalyseurs de réduction de l'oxygène. Enfin, Advent Technology, entreprise axée sur l’innovation dans le domaine des piles à combustible et des technologie de l’hydrogène, devra confirmer les performances et la durabilité du système lors d’une production à l’échelle industrielle qu’elle assurera ensuite pour fournir des piles à combustible HT-PEM commercialement viables.