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Article | Efficacité énergétique


Pile à combustible : une source d’énergie performante pour les transports

PAC (Transport)

Publié le 6 octobre 2016

Le Liten travaille depuis le début des années 1990 sur le développement de piles à combustible (PAC) basse température pour des applications transport. La pile à membrane échangeuse de protons (PEMFC) constitue la piste la plus prometteuse pour ce type d’application. Elle présente l’avantage d’être un système embarqué propre qui ne dégage pas de gaz à effet de serre, qui offre de bons rendements, aux alentours de 50 % et une très bonne compacité en termes d’énergie permettant d’envisager des véhicules électriques avec une autonomie comparable à l’autonomie des véhicules thermiques. Un autre avantage de la PAC est la capacité à recharger le véhicule de manière relativement simple et rapide, puisque cela ne change pas les habitudes de consommation des conducteurs : il suffit de se rendre à une pompe pour faire le plein en hydrogène. Le temps de remplissage est ainsi de l’ordre de 3 minutes pour un véhicule ayant un réservoir à 700 bars. Du fait de ses avantages, la pile à combustible suscite l’intérêt de tous les grands constructeurs automobile mondiaux. Toyota a ainsi lancé fin 2014/début 2015 la commercialisation de la Mirai, une berline équipée d’une pile à combustible et déjà fabriquée à plus de 600 exemplaires.
Le Liten a la particularité d’être positionné sur toute la chaîne de valeur du système pile à combustible : de la recherche au niveau des matériaux à la conception de démonstrateurs tout en travaillant sur l’optimisation des procédés de fabrication. Les recherches menées au sein du Liten ont porté ces dernières années sur l’augmentation de la performance globale du système en travaillant à la fois sur l’augmentation des performances électrochimiques de l’Assemblage Membrane Electrode (AME) Faire un lien avec article  « Pile à combustible : optimiser les matériaux et l’assemblage membrane électrodes pour gagner en performance » ] siège des réactions électrochimiques et sur l’augmentation de la densité volumique et massique des piles.
Pour ce faire, le LITEN s’appuie sur des outils de modélisation qui permettent de travailler à différentes échelles d’une pile, ainsi que sur un grand nombre de moyens de caractérisations ; spécifiques à l’activité piles à combustibles (bancs de test pour des développements matériaux ou des tests de piles de puissance, démonstrateurs déployés en condition réelles,…) ou communs à d’autres activités du CEA (plateforme de nano-caractérisation, accès aux grands instruments). De plus, la Plateforme PAC au sein de laquelle il est possible de réaliser des cœurs de pile à une échelle pré-industrielle (quelques centaines d’AME) permet de travailler sur les procédés de fabrication, le passage à l’échelle et la reproductibilité. Enfin, le suivi de plusieurs systèmes PAC, déployés en conditions réelles ou en environnement contrôlé, nous permet d’améliorer les architectures système et d’innover en matière de stratégies de fonctionnement.

Tout en continuant à progresser sur les performances, l’enjeu des développements actuels est de réduire le coût du système PAC en travaillant entre autre sur la diminution de la quantité de métaux précieux qu’elle contient et d’augmenter sa durabilité (afin de passer de 2500 heures à 6000 heures) pour démocratiser son usage, dans le domaine de l’automobile notamment.

AVANTAGES

Une solution performante pour les véhicules électriques

  • Amélioration de l’autonomie des véhicules électriques, un argument de taille pour les constructeurs et les utilisateurs
  • Rapidité de recharge du véhicule
  • Un système propre avec un rendement de conversion énergétique de l’ordre de 60 %.

PROJETS
  • Le LITEN a collaboré avec PSA entre 2003 et 2010 sur le développement de la pile Genepac® avant que le constructeur n’arrête cette activité. 
  • Le Liten est partenaire du projet HyWay, lancé en octobre 2014 pour 18 mois et soutenu par la Dreal, la Région Rhône-Alpes et l’Ademe. Il s’agit d’expérimenter en région Rhône-Alpes l’utilisation d’hydrogène comme carburant dans des Kangoo ZE hybrides (batterie/hydrogène), des  utilitaires  électriques équipés du prolongateur d’autonomie pile à hydrogène de Symbio FCell basé sur une technologie du CEA, avec des stations de recharge à Lyon et Grenoble.  L’objectif est de déployer une flotte de 50 véhicules. Il développe aussi des accords de collaboration avec des partenaires dans le domaine du transport. En 2010, il a ainsi équipé un voilier de 12 m, construit par le chantier naval RM, d’un moteur électrique alimenté par une Pile à combustible et de batteries CEA dans le cadre du projet « Zéro CO2 ». Il exerce aussi son activité dans le domaine de l’aéronautique pour prouver la capacité de la technologie à répondre à d’autres contraintes environnementales.
  • Le LITEN est impliqué dans de nombreux projets européens, parmi lesquels :
o    Hycarus portant sur la conception et le test en conditions aéronautiques réelles d’un système pile à combustible.
o    Auto-StackCore qui a pour objectifs la conception d’une pile Européenne de puissance, compatible avec les objectifs automobiles
o    Smartcat visant le développement de nouveaux catalyseurs utilisant d’autres matériaux que le platine pour en réduire le coût
o    Chameau portant sur la gestion de l’eau créée dans les PEMFC

REPERES
  • 30 chercheurs,
  • Plus de 100 brevets

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