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9 avril 2020
La densité de puissance des piles à combustible devrait doubler à moyen terme


La pile à combustible de 114 kW équipant la Toyota Mirai atteint une puissance volumique de 3,1 kW/l, une valeur annoncée comme l’une des meilleures de celles actuellement commercialisées. En raison de leur nombre et de leur épaisseur, les plaques bipolaires contribuent à une grande part du volume des piles. La R&D est très active sur ce sujet, quelques résultats permettant d’espérer à moyen terme d’atteindre une densité de puissance de 6 kW/l.


Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont en développement pour de nombreuses industries afin de produire de l’électricité, notamment à partir d’hydrogène. Dans le monde du transport, elles permettraient à des véhicules électriques lourds et/ou à grande autonomie de produire du courant sans embarquer une grande masse de batterie, solution discutable techniquement et environnementalement.

Pour les développeurs de piles à combustible, les challenges sont encore nombreux : réduction de leur coût (notamment en diminuant la masse de platine), augmentation de leur durée de vie ainsi que de leur puissance massique et volumique. Concernant cette dernière caractéristique, l'encombrement d'une pile à combustible est fortement influencé par l'épaisseur des nombreuses plaques bipolaires dont les canaux acheminent l’hydrogène et l’oxygène vers les membranes réactives et évacuent l’eau.

Ces canaux ont été dans un premier temps obtenus par usinage de blocs de graphite. Cette fabrication a ensuite évolué vers le moulage de matériaux imprégnés de carbone, puis par l’emboutissage de métaux, technologie choisie par Toyota pour sa Mirai. Sa pile commercialisée depuis 2015 atteint une densité de puissance de 3,1 kW/l et la société française Symbio FCell revendique actuellement 3,9 kW/l.

Impression d'encre à base de carbone sur les plaques bipolaires par le CEA-Liten

Ce chiffre va encore fortement progresser à la vue de quelques annonces de laboratoires. Ainsi la société chinoise Horizon Fuel Cell Technology a révélé être en mesure de produire des plaques graphitées embouties d’une épaisseur de 1,1 mm seulement, contribuant à une puissance volumique de 4 kW/l (1,5 W/cm2 de plaque sous 0,6 V) et Dana Incorporated vient de surenchérir avec une annonce à 5,7 kW/l, toujours avec des plaques bipolaires métalliques embouties.

Le CEA-Liten travaille sur une toute autre solution, brevetée : les canaux sont obtenus par impression de couches successives d'encre à base de carbone, un procédé de sérigraphie qu’il applique également pour accroître la performance des anodes. Le centre de recherche estime qu’il sera notamment possible d'améliorer encore la densité de puissance jusqu’à 6 kW/l, en réduisant notamment la taille des motifs imprimés.


  Yvonnick Gazeau