Piles à combustible : Une nouvelle approche réduirait les coûts et accroître la disponibilité

Dans l’incessante quête pour un futur plus propre et plus vert, une équipe de recherche présente une approche novatrice pour rendre la production de piles à combustible plus abordable.

L’équipe dirigée par le Penn State a réussi à réduire considérablement l’utilisation des métaux du groupe du platine (MGP), essentiels mais coûteux, en appliquant une technique issue de la fabrication des puces informatiques.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans JACS Au, un journal en libre accès de l’American Chemical Society. Cette publication marque une étape significative dans le développement des piles à combustible à membrane échangeuse de protons, qui pourraient servir à alimenter en électricité les véhicules lourds, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.

Une réduction des coûts et des émissions

Selon l’auteur principal, Christopher Arges, professeur associé au Département de génie chimique et membre des Instituts d’énergie et de l’environnement, le nouveau processus pourrait contribuer à surmonter l’obstacle financier qui freine la production en masse de ces piles à combustible. Il souligne également le rôle potentiellement majeur de ces véhicules dans le transport de marchandises et de personnes.

« Les véhicules électriques à pile à combustible constituent la meilleure plateforme de propulsion électrique pour les véhicules lourds et les véhicules qui doivent constamment déplacer des marchandises et des personnes », affirme le Professeur Arges.

Un processus inspiré de l’industrie des semi-conducteurs

Le nouveau procédé consistait à créer des supports de grande surface à partir de modèles de copolymères à blocs auto-assemblés, qui sont des structures se formant en motifs ordonnés à l’échelle nanométrique. Ce processus, souvent appelé lithographie de copolymères à blocs, est un processus de structuration lithographique ascendant utilisé pour créer des motifs denses à des tailles de 6 à 40 nanomètres sur de grandes surfaces.

Après avoir fabriqué des supports denses à surface élevée avec des caractéristiques périodiques de petite taille, l’équipe a pulvérisé une fine couche de PGM sur le substrat du support.

« Nous avons adopté cette technique pour la première fois pour fabriquer des électrodes avec une très faible charge de MGP », explique encore Christopher Arges.

Une alternative aux véhicules électriques à batteries lithium-ion

Les véhicules électriques à pile à combustible se présentent comme une alternative prometteuse aux véhicules électriques à batteries lithium-ion plus courants, en particulier pour les applications de transport qui nécessitent une constante mobilité.

De plus, ces véhicules à pile à combustible utilisent l’hydrogène et ne produisent aucune émission ni aucun polluant. Si l’hydrogène est issu de l’électrolyse de l’eau alimentée par des énergies renouvelables, on parle alors d’hydrogène vert, dont la production n’émet pas de carbone.

Un avenir prometteur, mais des défis à relever

Malgré l’attrait de l’absence d’émissions et d’une densité énergétique plus élevée, les ventes de véhicules électriques à pile à combustible sont à la traîne. Depuis 2012, environ 15 000 véhicules électriques à pile à combustible ont été vendus aux États-Unis, contre 2,5 millions de véhicules électriques à batterie. La disponibilité d’une infrastructure de ravitaillement en hydrogène est un facteur limitant.

L’équipe de recherche envisage désormais d’intégrer ce nouveau procédé à la production d’ensembles de membranes électrodes utilisés dans les centrales à piles à combustible et les électrolyseurs d’eau.

En synthèse

L’innovation présentée par l’équipe de recherche de Penn State ouvre la voie vers une production plus économique de piles à combustible. En réduisant l’utilisation des coûteux métaux du groupe du platine et en proposant une alternative prometteuse aux véhicules électriques à batteries lithium-ion, cette approche pourrait favoriser l’adoption de véhicules à pile à combustible, contribuant ainsi à une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?
Une pile à combustible est un dispositif qui génère de l’électricité par une réaction chimique entre un combustible, généralement de l’hydrogène, et un oxydant.

Quels sont les avantages des véhicules électriques à pile à combustible ?
Ces véhicules n’émettent aucun polluant et offrent une densité énergétique plus élevée, ce qui leur permet de stocker plus d’énergie dans un espace limité et donc de parcourir de plus longues distances.

Quels sont les inconvénients des véhicules électriques à pile à combustible ?
Actuellement, la production de piles à combustible est coûteuse en raison de l’utilisation de métaux du groupe du platine. De plus, l’infrastructure de ravitaillement en hydrogène est encore limitée.