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Projets de recherche financés par le département des programmes de recherche de la DGO6

HYLIFE

HYLIFE : Matériaux à longue durée de vie pour piles à combustible PEM hydrogène-air

Montant de la subvention : 2 333 640 €

Durée de la recherche : 48 mois

Programme : Energinsere

Résumé :

Le stockage et la restitution électrochimique de l'énergie constitue une de voies de gestion optimale des ressources énergétiques. En effet, dans un contexte de raréfaction des ressources fossiles et de développement des énergies renouvelables, généralement intermittentes, la possibilité de stocker l'énergie électrique et de la restituer avec des rendements intéressants apparaît comme une solution à long terme vers un développement durable. Une des voies de stockage-restitution de l'énergie électrique consiste à passer par un vecteur énergétique, c'est-à-dire à transformer l'énergie électrique en énergie chimique via la production d'un combustible, l'hydrogène par exemple (électrolyse). Les systèmes de restitution constituent un maillon important de la chaîne de stockage : en effet, une fois l'énergie stockée, encore faut-il que celle-ci soit restituée, en temps opportun, avec des rendements intéressants. Si l'hydrogène peut, comme tout combustible, être brûlé, il est bien plus intéressant, du point de vue du rendement, de l'utiliser dans des systèmes électrochimiques ouverts tels que les piles à combustibles.

Parmi tous les types de piles existantes, les piles à électrolyte polymère solide (Proton Exchange Membrane, ou PEM) hydrogène/air sont les plus versatiles, et donc adaptables tant aux applications mobiles que stationnaires. Ces piles sont constituées d'une membrane ionique conductrice de protons, à laquelle sont accolées, de part et d'autre, deux couches catalytiques (anodique et cathodique - nanoparticules de platine ou d'alliage supportées sur carbone); cette couche catalytique est elle-même revêtue d'un tissu de carbone permettant la répartition de l'air ou de l'hydrogène sur toute la surface de l'électrode ainsi que l'évacuation de l'eau formée. L'assemblage est placé entre deux plaques bipolaires, constituées de graphite usiné, qui servent à la fois de collecteurs d'électrons et de distributeurs de gaz aux électrodes.

Lors d'une recherche précédente (projet INNOPEM), menée par l'ULg, l'ULB, l'UNamur et Arceo, des avancées significatives ont été obtenues au niveau des trois constituants principaux des piles PEM : (i) des catalyseurs Pt/carbone nanostructuré (type xérogel ou nanotube de carbone) présentant des caractéristiques optimales pour cette application ont été obtenus par des procédés contrôlés d'imprégnation ou plasma (basse et haute pression); (ii) des membranes échangeuses de protons ont pu être produites par procédé plasma haute pression ; (iii) des plaques bipolaires en acier revêtu, obtenues par emboutissage de feuilles d'acier traitées par PVD, et présentant une faible résistance de contact et une bonne résistance à la corrosion dans le milieu-type d'une pile PEM ont été réalisées, à l'échelle du laboratoire et sur la ligne pilote Arceo. Tous ces éléments concourent à diminuer le coût des piles, qui reste un obstacle majeur à leur déploiement. La réduction des coûts est basée sur une diminution de la quantité de matière précieuse à utiliser (Pt), la modification des procédés de fabrication (membranes, catalyseurs) ou le remplacement d'un matériau par un autre beaucoup moins cher (plaques bipolaires).

Néanmoins, les éléments développés nécessitent, pour la plupart, des améliorations au niveau de leur durée de vie. Ainsi, le projet HYLIFE aura pour but de développer les matériaux et procédés issus d'INNOPEM dans une optique d'augmentation de leur durée de vie, et donc de la diminution du coût global de ces équipements.

Promoteur

ULG - LGC - Laboratoire de Génie Chimique
Allée de la Chimie, 3 à 4000 LIEGE | http://www.chimapp.ulg.ac.be/

  • Nathalie Job, Première Assistante | tél +32 4 366 35 37 | fax +32 4 366 35 45 |

Partenaires

MATERIA NOVA - Pôle d'excellence dédié aux matériaux
Parc Initialis - Avenue Nicolas Copernic, 1 à 7000 MONS | tél +32 65 55 49 02 | http://www.materianova.be/

ULB - CHANI - Laboratoire de Chimie Analytique et Chimie des Interfaces
Boulevard du Triomphe, 2 CP 255 à 1050 BRUXELLES | tél +32 2 650 29 39 | fax +32 2 650 29 34 | http://chani.ulb.ac.be/

  • François Reniers | tél +32 2 650 31 16 | fax +32 2 650 29 34 |

Université de Namur - LISE - Laboratoire interdisciplinaire de spectroscopie électronique
Rue de Bruxelles, 61 à 5000 NAMUR | tél +32 81 72 41 11 | fax +32 81 23 03 91

Parrainage

ARCEO s.a.
Rue Sompré, 1 à 4400 IVOZ-RAMET | tél +32 4 236 96 37 | fax +32 4 236 95 96 |  | http://www.arceo.be

Mecasoft sa
Rue de la Molignée, 60 à 5537 ANHEE | tél +32 82 61 16 12 |

Solvicore GmBh
Chausse, 4 à 63457 Hanau-Wolfgang Allemagne | tél +49 61 81 59 44 35 | http://www.solvicore.umicore.com/en/

Année de publication : 2014

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