Une méthode ouvre la voie à des véhicules à pile à combustible améliorés

L’hydrogène est une alternative au carburant qui devient de plus en plus intéressante pour les véhicules lourds. Les véhicules à hydrogène n’émettent que de la vapeur d’eau comme gaz d’échappement et, si l’hydrogène est produit à partir d’énergie renouvelable, il est totalement exempt d’émissions de dioxyde de carbone.

Contrairement aux véhicules électriques à batterie, les véhicules à hydrogène n’ont pas besoin de surcharger le réseau électrique, car l’hydrogène peut être produit et stocké lorsque l’électricité est bon marché.

Pour certains véhicules à hydrogène, la propulsion est assurée par une pile à combustible. Cependant, les véhicules à pile à combustible à hydrogène ont une durée de vie relativement courte, car les composants de la pile à combustible, comme les électrodes et les membranes, se dégradent au fil du temps. C’est ce problème qu’une étude récente aborde.

Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers ont développé une nouvelle méthode pour étudier ce qui affecte le vieillissement des piles à combustible en suivant une particule spécifique dans la pile à combustible pendant son utilisation.

L’équipe de chercheurs a étudié une pile à combustible entière en la démontant à intervalles réguliers. À l’aide de microscopes électroniques avancés, ils ont ensuite suivi la dégradation de l’électrode cathodique dans des zones spécifiques au cours des cycles d’utilisation. Les résultats les plus récents sont publiés dans la revue Catalyse ACS.

Des études antérieures ont été réalisées sur ce que l’on appelle des demi-cellules, qui sont similaires (mais pas identiques) à la moitié d’une pile à combustible et sont réalisées dans des conditions qui diffèrent considérablement de la pile à combustible réelle.

Une meilleure compréhension grâce à une nouvelle méthode expérimentale

« On pensait jusqu’à présent que les performances seraient affectées par le démontage et l’étude de la pile à combustible de la manière dont nous l’avons fait, mais il s’est avéré que cette hypothèse n’est pas correcte, ce qui est surprenant », explique le directeur de recherche Björn Wickman, professeur associé au département de physique de Chalmers.

Les chercheurs de Chalmers ont pu étudier la manière dont le matériau de la pile à combustible se dégrade à l’échelle nanométrique et micrométrique, et déterminer précisément quand et où la dégradation se produit. Cela fournit des informations précieuses pour le développement de nouvelles piles à combustible améliorées ayant une durée de vie plus longue.

«Auparavant, nous ne nous intéressions qu’au vieillissement de la pile à combustible après utilisation. Nous pouvons désormais nous intéresser à la phase intermédiaire», explique Linnéa Strandberg, doctorante à Chalmers. «Le fait de pouvoir suivre une seule particule choisie dans une zone spécifique nous a permis de mieux comprendre les processus de dégradation. Une meilleure connaissance de ces processus est une étape importante pour concevoir de nouveaux matériaux pour les piles à combustible ou pour ajuster le contrôle de la pile à combustible.»

Une nouvelle méthode ouvre la voie à des piles à combustible plus durables

Le ministère américain de l’Énergie (DOE) a souligné que l’amélioration de la durée de vie des piles à combustible est l’un des objectifs les plus importants à atteindre avant que les véhicules à hydrogène alimentés par des piles à combustible puissent connaître un succès commercial. Selon l’industrie, un camion doit être capable de supporter 20 000 à 30 000 heures de conduite au cours de sa vie, ce qu’un camion à hydrogène alimenté par des piles à combustible ne peut pas faire aujourd’hui.

« Nous avons maintenant posé les bases sur lesquelles nous pouvons nous appuyer pour le développement de meilleures piles à combustible. Nous en savons désormais plus sur les processus qui se déroulent dans la pile à combustible et sur le moment de sa durée de vie. À l’avenir, cette méthode sera utilisée pour développer et étudier de nouveaux matériaux qui peuvent allonger la durée de vie de la pile à combustible », explique Björn Wickman.