Une membrane composite, presque imperméable à l'éthanol grâce à la présence de nanoparticules anorganiques, a été développée à l'Institut Fraunhofer des techniques de surface et bioprocédés (IGB, [1]). Les exigences pour une pile à combustible (PAC) à éthanol direct performante ont ainsi pu être satisfaites.

Grâce à leur rendement élevé et à leur procédé de fabrication n'émettant quasiment pas de gaz à effet de serre, les PAC apparaissent comme une technologie d'avenir pour l'approvisionnement en électricité des appareils électriques. Contrairement à l'hydrogène, l'éthanol est non toxique, liquide [2], fabriqué de façon propre et biotechnologique à partir de sources durables [3], et de maniabilité fiable. L'éthanol peut ainsi sembler le combustible idéal, afin de permettre aux PAC de percer dans les marchés de masse. La PAC à éthanol direct (DEFC, [4]) injecte directement l'éthanol au niveau de l'anode de façon électrocatalytique, où il est oxydé. Or, la membrane qui sépare les deux chambres de la PAC l'une de l'autre, joue un rôle déterminant dans la performance de la DEFC : les membranes employées conventionnellement ne transportent pas seulement des protons, mais aussi de l'éthanol de l'anode à travers la membrane vers la cathode. Cette perte d'éthanol est désignée par le terme de "cross-over". Elle conduit à une diminution du rendement et de la performance de la PAC.

Les scientifiques de l'IGB ont développé une membrane qui permet de réduire le cross-over de l'éthanol d'un facteur 100. Cette membrane polymère est dotée d'un second composant anorganique. "Les agents de charge anorganiques agissent comme une barrière vis-à-vis de l'éthanol mais n'altèrent pas les propriétés protoniques de la membrane", selon le Dr. Thomas Schiestel, directeur de projet à l'IGB. Les scientifiques ont recours, en tant que composants anorganiques, à des nanoparticules de silice, sous forme de petites sphères de dioxyde de silicium. La valeur ajoutée apportée par la présence d'un autre composant anorganique est l'interconnection transversale des nanoparticules de silice et la réduction du gonflement de la membrane. Ainsi la membrane est plus stable mécaniquement et moins sensible aux températures élevées.

Les travaux portant sur le développement de la membrane pour le DEFC sont réalisés au sein d'une équipe Fraunhofer spécialisée dans les PAC à éthanol direct. Un premier prototype de DEFC contient également, à côté de la membrane composite, un catalyseur optimisé.

La membrane DEFC est un exemple de membranes d'un nouveau genre développées à l'IGB. Les membranes techniques constituent des outils de premier choix lorsqu'il s'agit de séparer des substances mélangées. Les scientifiques proposent également des techniques membranaires innovantes pour des applications à haute température (production de gaz H2 et O2 - purification, reformage, réacteurs membranaires) et les technologies médicales (membranes biocompatibles ou biodégradables).

[1] IGB : Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik

[2] Il n'est donc pas nécessaire d'avoir recours à de hautes pressions comme pour les gaz

[3] L'éthanol peut être obtenu en grandes quantités à partir de la biomasse par un procédé de fermentation de ressources renouvelables comme le sucre de canne, le blé, le maïs ou même la paille

[4] DEFC : direct ethanol fuel cell. Ces piles appartiennent à une sous-catégorie de PAC à membrane d'échange de protons, dans lesquelles le combustible, l'éthanol, n'est pas reformé mais est fourni directement à la PAC.

BE Allemagne numéro 440 (10/06/2009) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59457.htm