Lorsque les voitures produisent de l'eau au lieu de gaz d'échappement

Les piles à combustible à hydrogène sont considérées comme un espoir dans la discussion sur le mode de propulsion des véhicules du futur. Leur principal avantage : l'eau et la chaleur sont les seuls « sous-produits » qu'elles émettent. L'un des inconvénients majeurs actuels : le coût, qui dépend notamment du matériau très coûteux qu'est le platine, nécessaire pour le catalyseur dans la pile à combustible. En réduisant la teneur en platine dans la pile à combustible, la puissance électrique produite diminue encore plus rapidement. Le Prof. Dr. Peter Strasser de la TU Berlin et ses collaborateurs du département de électrocatalyse et de matériaux ont réussi, en coopération avec des chercheurs de BMW, à concevoir chimiquement le matériau porteur du catalyseur dans une pile à combustible adaptée aux voitures, de manière à produire une haute puissance électrique malgré une faible utilisation de platine. Leurs résultats ont été publiés dans la revue renommée Nature Materials.

Les véhicules à pile à combustible sont en fin de compte aussi des voitures électriques. La différence : l'électricité nécessaire n'est pas stockée dans une batterie, mais produite à bord en fonction des besoins pendant la conduite. Sur deux électrodes séparées de la pile à combustible, l'hydrogène, transporté dans un réservoir spécial du véhicule, réagit avec l'oxygène de l'air ambiant. Ce processus génère de l'électricité et de l'eau. L'électricité produite est consommée ou stockée dans une petite batterie tampon. Pour la réaction électrochimique à la cathode de la pile à combustible, un catalyseur en platine est nécessaire. « Même si les voitures à pile à combustible actuellement sur le marché utilisent seulement 30 grammes de platine par pile, cela reste encore loin de l'objectif à long terme et durable de cinq grammes de platine par voiture à pile à combustible », explique Peter Strasser.

Le problème : les nanoparticules de platine doivent être déposées de manière extrêmement homogène avec un ionomère, un polymère conducteur d'ions hydrogène (protons), sur la substance porteuse en carbone. Moins il y a de nanoparticules de platine, plus il est important que la distribution de l'ionomère soit homogène, afin que tous les réactifs impliqués aient accès aux particules de platine qui agissent comme catalyseur. Une distribution inégale de l'ionomère entraîne une résistance élevée au transport des molécules d'oxygène, ce qui conduit à une perte importante de tension électrique et de puissance générée. « Dans le travail publié, nous décrivons la fabrication d'un nouveau matériau porteur en carbone modifié chimiquement avec des propriétés de surface sur mesure. Grâce à cela, nous avons réussi à obtenir une distribution de l'ionomère jusqu'ici inégalée sur ce matériau porteur. Ainsi, nous atteignons des densités de puissance élevées avec une faible utilisation de platine », explique le scientifique. Ce catalyseur sur mesure a permis d'obtenir une performance et une stabilité inégalées lors de la production d'électricité dans la pile à combustible — avec une consommation de platine au moins 50 % inférieure.

« Ce qui rend notre approche particulière : nous avons travaillé directement avec une pile à combustible adaptée aux voitures, ce qui donne à nos résultats la chance d'être intégrés immédiatement dans les prochaines générations de voitures à pile à combustible », se réjouit Peter Strasser du succès obtenu.

Pour plus d'informations, veuillez contacter :

Prof. Dr. Peter Strasser
TU Berlin
Département de chimie technique
Groupe d'énergie électrochimique, catalyse et science des matériaux
Tél. : 030/314-22261
Email : peter.strasser@tu-berlin.de