Amélioration de la conversion de l'hydrogène des PEMFCs grâce à une conception innovante de matériaux et de l'assemblage membrane-électrode. – HEROES

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) presentent une solution potentielle pour ouvrir la voie à une transition énergétique propre dans les secteurs des transports et de la production d’énergie stationnaire. Leur mise en œuvre en tant que technologie verte clé pour ces secteurs peut réduire considérablement les émissions mondiales de carbone. Les efforts transversaux pour accélérer cette transition visent à accroître les performances des PEMFC et à réduire leur coût. Ceux-ci sont indispensables car les PEMFC sont confrontés à de mauvaises performances dans les opérations à long terme et utilisent des matériaux coûteux. Les mauvaises performances des PEMFC proviennent de leurs composants (tels que le catalyseur à base des métaux du groupe du platine (PGM), le support carbone, etc.) qui sont susceptibles de perdre en performance en raison de la dissolution du catalyseur, de l'oxydation du support carbone et de la dégradation de la membrane à base d'acide perfluorosulfonique (PFSA). De plus, les coûts élevés des PEMFC proviennent directement de leur dépendance à l'égard des PGM en tant que catalyseurs et des plaques bipolaires métalliques et/ou graphitiques lourdes coûteuses.
En tenant compte des défis susmentionnés, l'objectif ultime de HEROES est de développer des PEMFC à rapport performance/coût élevé, capables de fonctionner à haute tension et à haute densité de courant, atteignant jusqu'à 60 % d'efficacité des cellules à valeur calorifique inférieure (LHV) avec une intégrité structurelle élevée, en utilisant un catalyseur durable et durable, une plaque bipolaire légère et une conception MEA innovante. HEROES oriente délibérément son activité de recherche sur l'amélioration des performances des PEMFC pour les véhicules moyens/lourds (MHDV) et les applications stationnaires. Pour atteindre cet objectif, HEROES se concentrera délibérément sur l'amélioration du rapport performance/coût des PEMFC à travers trois activités principales qui commenceront au TRL 2 et se termineront au TRL 4. Il s'agit de : (i) Réduire et remplacer le précieux catalyseur du métal du groupe du platine (PGM) par un catalyseur M@Pt/C (M = Ni, Co et Fe) à faible teneur en PGM et un catalyseur M-N-C (carbone d'azote métallique) sans PGM (M = Fe , Co et Mn), (ii) concevoir un nouvel assemblage membrane-électrode (MEA) et catalyseur-membrane en utilisant des nouveaux liants de type poly liquide ionique (PIL), et (iii) développer des plaques bipolaires graphitiques (BPP) légères et ultrafines.
HEROES s'attend à ce que l'efficacité des PEMFC augmente jusqu'à deux tiers, passant de 38 % à 60 % (LHV) avec une activité de catalyseur améliorée jusqu'à 0,5 A/gPGM pour un catalyseur à faible teneur en PGM et 35 mA /cm2 pour un catalyseur sans PGM. Les PEMFC envisagées devraient également être beaucoup plus légères en raison de la mise en œuvre de BPP graphitiques ultrafines qui cibleront une épaisseur inférieure à 700 µm, soit plus fine que l’épaisseur nominale du BPP de 1 000 µm. L’impact à moyen et long terme de HEROES est élevé pour les MHDVs et les secteurs stationnaires ; les PEMFC seront plus efficaces, moins chères et plus légères. Les innovations matérielles dans les PEMFC dans le cadre du projet HEROES contribueront également à la réduction de la pollution de l'air en Europe et en Corée du Sud, car les PEMFC destinées aux secteurs MHDVs et stationnaire n'émettent aucun polluant. Grâce à la réduction de la pollution, on s’attend à un impact à long terme sur l’amélioration de la qualité de l’air et de la santé publique.