Development of a PEMFC cell that can durably operate at 95°C

PEMFC95 développe et intègre des catalyseurs d’anode et cathode, membranes et polymères conducteurs protoniques pour des PEMFC fonctionnant durablement à T = 95°C. Cette température permet de simplifier l’architecture thermique du système et d’oxyder un combustible moins pur sans baisse de performances, ce qui réduit les couts d’immobilisation et de fonctionnement. Ces conditions sont agressives pour les matériaux de cœur de PEMFC, qui doivent être optimisés ; le projet s’y attèle via des tâches dédiées à (i) la conception, l’élaboration et les caractérisations des matériaux de cœur de PEMFC, (ii) leur mise à l’échelle et leur intégration en AME et (iii) leurs tests dans des cellules instrumentées au design dent/canal des plaques d’amenée des fluides optimisé. (iv) Des mesures in situ/operando et des caractérisations post mortem permettent de comprendre les mécanismes régissant leur fonctionnement et leurs dégradations, puis d’optimiser les matériaux et AME et de choisir les paramètres de fonctionnement optimaux. (v) Une analyse de cycle de vie conduira à des choix respectueux de l’environnement (matériaux précurseurs et de procédés d’élaboration/mise en forme/utilisation). Les performances visées sont ambitieuses : démonstration d’une monocellule de 25 cm² opérant à densité de courant élevée (2,5 - 1,5 et 0,5 A cm^-2 à 0,6 - 0,7 et 0,8 V, respectivement) stable sur quelques 100 h à T = 95°C (fonctionnement stabilisé) et des conditions opératoires compatibles avec la mobilité lourde. Une monocellule grande surface voire un mini-stack pourront être réalisés en lien avec le projet DuraSys-PAC, dans lequel les matériaux et assemblages seront testés en système sur le long-terme.

Jusqu’ici, de nombreux matériaux d’anode, cathode et de membrane/ionomère ont été élaborés et testés et leurs performances évaluées par rapport à l’état de l’art en conditions modèles. Cela a permis de sélectionner les matériaux les plus pertinents (Livrable L4.1) pour une mise à l’échelle et la réalisation de tests en PEMFC à T = 95°C. En parallèle, des AME ont été élaborés avec des composants commerciaux et des « recettes » propres au projet ; ils donnent de meilleures performances à T = 95°C que des AME commerciaux et se comparent très bien à ceux de projets concurrents (type US DOE).