Une conception liquide pour des piles à combustible moins chères

Le platine reste le meilleur matériau pour accélérer les réactions chimiques dans les piles à combustible à hydrogène, bien que la rareté et le coût de cet élément empêchent les piles à combustible de devenir plus abordables et pratiques. La plupart des approches alternatives consistent simplement à remplacer le platine dans les électrodes. Maintenant, une entreprise britannique appelée ACAL Énergie a remanié la conception des piles à combustible pour réduire de 80 % la quantité de platine utilisée.

Conception liquide : À l'intérieur des piles à combustible d'ACAL Energy, la cathode est remplacée par une solution de catalyseur sans platine, ce qui pourrait réduire les coûts de 40 %.

Dans une pile à combustible conventionnelle, le platine est noyé dans des électrodes de carbone poreuses. La conception d'ACAL le remplace par une solution contenant du molybdène et du vanadium à faible coût comme catalyseur. La pile à combustible qui en résulte fonctionne aussi bien qu'une pile conventionnelle, mais devrait coûter 40 % moins cher, selon l'entreprise.

ACAL dit que sa conception donne des densités de puissance de 600 milliwatts par centimètre carré à 0,6 volt. La valeur de référence pour les piles à combustible automobiles est de 900 milliwatts par centimètre carré, selon Hubert Gasteiger , professeur invité de génie mécanique au MIT. ACAL affirme également que sa pile à combustible fonctionne sans pression – l'ajout de pression devrait encore augmenter la densité de puissance.

La densité de puissance du nouveau système pourrait atteindre 1,5 watt par centimètre carré, a déclaré Andrew Creeth, co-fondateur et directeur de la technologie d'ACAL. Nous pensons que nous nous rapprochons d'un produit commercialisable, dit-il.

L'entreprise a déjà fabriqué un système d'un kilowatt qu'elle a l'intention de vendre à certains clients l'année prochaine, et les piles à combustible devraient être disponibles plus largement en 2011. Le plan est de cibler d'abord le marché des générateurs diesel avec un à 10- kW, puis passer à des applications plus vastes telles que la production d'électricité à domicile et les voitures électriques.

Le platine dans une pile à combustible à membrane polymère – le premier choix pour les générateurs et les voitures électriques – divise l'hydrogène en ions et électrons à l'anode, et les aide à se combiner avec l'oxygène à la cathode pour former de l'eau. Mais le platine est en quantité limitée, coûtant en moyenne 1 200 $ l'once au cours des trois dernières années. Et le prix est susceptible de monter en flèche si le platine est largement utilisé dans les piles à combustible, ajoute Douglas Mac Farlane , professeur de chimie à l'Université Monash de Melbourne, en Australie, qui développe également des catalyseurs alternatifs pour piles à combustible.

Les piles à combustible d'aujourd'hui utilisent 0,5 gramme de platine pour chaque kilowatt d'électricité qu'elles génèrent, dit Gasteiger, mais l'objectif à long terme est d'utiliser moins de 0,2 gramme de platine pour chaque kilowatt.

De nombreux groupes de recherche sont dans la course pour fabriquer des piles à combustible qui utilisent peu ou pas de platine-substituer le platine avec un métal à faible coût est l'approche la plus courante. Des catalyseurs à base de fer et des mélanges platine-palladium ont tous deux été testés, et MacFarlane a fabriqué des électrodes poreuses recouvertes de polymères. D'autres, comme le Japon Daihatsu et des chercheurs de l'Université de Wuhan en Chine, fabriquent des piles à combustible alcalines dont les membranes conduisent les ions alcalins par opposition aux acides. Ces conceptions fonctionnent bien avec des catalyseurs bon marché comme le nickel et ne nécessitent pas de catalyseurs en métaux précieux. Mais toutes ces alternatives au platine ont des inconvénients : typiquement elles donnent de faibles densités de courant ou leurs performances se dégradent au bout de quelques centaines d'heures.

Le catalyseur d'ACAL Energy est basé sur un mélange à faible coût de molybdène et de vanadium, et la membrane polymère de la pile à combustible est en contact direct avec cette cathode liquide. Environ 80 pour cent du platine utilisé dans une cellule conventionnelle se trouve dans la cathode, qui est entièrement éliminée dans la nouvelle conception.

Creeth dit que le nouveau catalyseur est stable et peut résister aux conditions acides dans la pile à combustible. Lors des tests en entreprise, les piles à combustible ont bien fonctionné pendant plus de 1 500 heures. La conception présente d'autres avantages qui réduisent les coûts, dit-il. Alors que les piles à combustible conventionnelles doivent être refroidies avec un liquide ou de l'air en circulation, et elles ont également besoin d'un système pour humidifier la membrane, le catalyseur liquide élimine le besoin de ces deux éléments. Nous pensons que le nôtre est le système sans platine le plus performant, déclare Creeth.

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