Des chercheurs australiens ont repensé les piles à combustible à hydrogène pour résoudre un défaut critique, rapprochant ainsi la réalité d’une énergie propre pour l’aviation, le transport lourd et bien plus encore.
Les piles à combustible à hydrogène, utilisant de l’hydrogène vert produit localement comme seul carburant, sont considérées depuis longtemps comme la source d’énergie propre par excellence, mais leur commercialisation s’est avérée difficile.
Une équipe multidisciplinaire de l’UNSW (Université de Nouvelles Galles du Sud) en Australie, dirigée par le Dr Quentin Meyer et le professeur Chuan Zhao de l’École de chimie, est parvenue à rendre les piles à combustible à hydrogène beaucoup plus efficaces, ouvrant ainsi la voie à leur commercialisation.
« Les piles à combustible à hydrogène produisent de l’électricité propre avec l’eau comme seul sous-produit », explique le Dr Quentin Meyer, chercheur principal dans l’équipe du professeur Zhao et premier auteur de l’étude publiée aujourd’hui dans la revue Applied Catalysis B: Environment and Energy .
En théorie, elles pourraient fournir une énergie propre, bon marché et abondante, transformant ainsi des secteurs comme le fret et l’aviation que les batteries peinent à alimenter.
Mais traduire cette promesse en réductions d’émissions concrètes s’est avéré difficile.
Une partie de l’eau produite à l’intérieur de la cellule se retrouve piégée, bloquant la circulation de l’oxygène et réduisant considérablement son fonctionnement. Remédier à ce problème nécessite généralement des systèmes complexes et énergivores, ce qui augmente le coût et le poids de l’installation.
La nouvelle conception de l’équipe de l’UNSW adopte une approche différente : elle permet à l’eau et au gaz en excès de s’échapper avant qu’ils ne s’accumulent, sans pour autant augmenter le prix.
« Notre conception permet de rendre les piles à combustible à hydrogène beaucoup plus efficaces grâce à seulement quelques modifications structurelles mineures », explique le Dr Meyer.
Le Dr Quentin Meyer affirme que les piles à combustible à hydrogène sont présentées depuis longtemps comme un moyen de décarboner diverses industries difficiles à décarboner, notamment le fret et l’aviation. Photo : UNSW
Un tout nouveau design
La solution proposée par l’équipe de l’UNSW se concentre sur la structure même de la pile à combustible. Grâce à une ingénierie à l’échelle micrométrique de haute précision, ils ont introduit des canaux microscopiques — de 100 micromètres de large, séparés par des micro-nervures de 100 micromètres — dans l’architecture interne de la cellule.
« Il n’y a généralement aucun moyen d’éliminer l’eau », explique le Dr Meyer. « Mais ces « contournements latéraux » servent de voies d’évacuation, ce qui signifie que l’eau ne s’accumule plus et n’empêche plus la cellule de fonctionner. »
C’est une solution simple qui a un impact considérable.
« La pile à combustible repensée offre une puissance supérieure de 75 % aux modèles traditionnels », selon le Dr Meyer. « Nous repensons les piles à combustible à hydrogène en Australie en combinant l’imagerie avancée, les simulations d’écoulement de fluides et la micro-ingénierie de précision », ajoutent le professeur Peyman Mostaghimi de l’École de génie civil et environnemental de l’UNSW et le Dr Ying Da Wang de l’École de génie des ressources minérales et énergétiques de l’UNSW.
Il en résulte un système bien plus efficace, rendant les piles à combustible plus attractives pour le grand public.
« C’est très excitant », déclare le professeur Zhao. « Cette avancée majeure pourrait être utilisée dans de nombreux contextes différents et met à notre portée une énergie hydrogène bon marché, propre et abondante. »
Les conceptions précédentes ont entraîné l’engorgement et la défaillance des cellules. Vidéo : UNSW
Grâce à l’ingénierie à micro-échelle, l’équipe a percé des voies d’évacuation pour le gaz et l’eau à l’intérieur de la pile à combustible, améliorant considérablement ses performances et levant un obstacle majeur à sa commercialisation. Vidéo : UNSW
Applications concrètes
La nouvelle conception dépend également moins des métaux coûteux comme le platine, et le système global est plus léger et moins cher.
La crise actuelle des carburants a mis en évidence la nécessité de telles solutions énergétiques propres, explique l’équipe, notamment dans les secteurs de l’aviation et du fret.
« Je pense que les avions seront alimentés par des piles à combustible à hydrogène dans un avenir très proche », déclare le Dr Meyer. « En repensant les piles à combustible à hydrogène, l’aviation légère devient beaucoup plus réaliste », selon le professeur Zhao.
Plus près du marché, l’équipe cible les aéronefs volant à basse altitude, où les systèmes à hydrogène peuvent déjà offrir des temps de vol nettement supérieurs aux alternatives à batteries.
La technologie de pontage latéral a été brevetée par le Dr Meyer et le Pr Zhao, qui travaillent actuellement à sa mise à l’échelle.
