fr.wedoany.com Rapport : Le fabricant britannique d'électrolyseurs ITM Power et la société spécialisée dans les fluoropolymères Gore ont annoncé avoir démontré qu'une membrane échangeuse de protons (PEM) ultra-mince pouvait atteindre à la fois une efficacité accrue et une durabilité à long terme dans la production d'hydrogène vert.

Les résultats publiés dans un livre blanc de Gore montrent qu'une membrane renforcée de 50 µm a fonctionné pendant 11 000 heures dans des « conditions industrielles pertinentes », tout en maintenant un faible taux de dégradation, une faible perméabilité à l'hydrogène et une efficacité élevée.

Cette membrane prototype est nettement plus fine que de nombreuses membranes PEM utilisées dans les électrolyseurs commerciaux actuels, dont l'épaisseur se situe généralement entre 100 et 180 µm.

Sur la base de plusieurs indicateurs de performance, notamment la dégradation de la tension, la perméation de l'hydrogène et le taux de libération de fluorure, ITM et Gore estiment que ce concept de membrane pourrait atteindre une durée de vie opérationnelle d'environ 80 000 heures.

Ce chiffre est une prédiction basée sur les tendances de dégradation observées, et non sur une durée de fonctionnement réelle.

Bien que les fabricants cherchent constamment à réduire l'épaisseur des membranes pour diminuer la résistance et améliorer l'efficacité, les membranes plus fines sont traditionnellement associées à une augmentation de la perméation de l'hydrogène et à des problèmes de dégradation.

Lors d'un webinaire, le Dr Naima Heck, directrice technique EMEA de Gore pour les énergies propres, a déclaré que l'industrie tendait de moins en moins à considérer la conception des membranes comme un simple compromis.

Elle a ajouté : « Le concept de 50 µm dont nous parlons montre clairement les avantages d'une efficacité accrue de la cellule, et il démontre également qu'un fonctionnement stable et sûr peut être maintenu sur une longue période. »

Le dernier prototype combine une membrane PFSA renforcée en PTFE expansé de 50 µm et une conception optimisée de catalyseur composite. Selon le livre blanc, la membrane a été testée pendant plus de 11 000 heures dans un empilement court d'une surface active de 130 cm², à 55 °C, 3,3 A/cm² et une pression différentielle de 20 bar.

Le taux de dégradation de la tension enregistré lors des tests était de 1,2 µV/h, soit une dégradation annuelle des performances inférieure à 0,6 %. La perméation de l'hydrogène est restée inférieure à 0,4 % tout au long des tests, et l'efficacité se situait entre 48,3 et 49,5 kWh/kg d'hydrogène.

Les deux entreprises indiquent que, par rapport au prototype plus ancien de 85 µm (qui a accumulé 28 000 heures de tests), la résistance surfacique de cette membrane a été réduite d'environ 40 %, et l'efficacité améliorée d'environ 4 %.

Au cours d'une année de fonctionnement à la raffinerie de Rhineland de Shell (totalisant 30 000 heures), un électrolyseur ITM de 10 MW a rapporté une efficacité moyenne de 49 kWh/kg d'hydrogène, avec un taux de dégradation de 0,09 % pour 1 000 heures de fonctionnement.

Ce projet a été lancé en réponse à ce que les deux entreprises qualifient de manque de données publiques sur la durabilité à long terme des électrolyseurs PEM fonctionnant dans des conditions commerciales.

Frederic Marchal, directeur technique d'ITM, a déclaré que la durabilité des membranes est souvent mal comprise dans l'industrie.

Il a indiqué que cette collaboration visait à mieux comprendre le comportement des membranes et les mécanismes de dégradation, permettant aux deux entreprises de repousser les limites de performance tout en réduisant les risques techniques.

Les deux entreprises estiment que ces travaux pourraient, à terme, réduire le coût de production de l'hydrogène en diminuant l'électricité nécessaire pour produire chaque kilogramme d'hydrogène.

En discutant de l'impact économique, Heck a déclaré : « Le point le plus évident pour réduire les coûts est d'abord que si l'on considère les membranes minces, elles peuvent aider à réduire l'apport énergétique nécessaire, ce qui se traduira par un coût nivelé de l'hydrogène plus bas. »

Marchal a indiqué que l'impact pourrait aller au-delà des améliorations progressives.

Il a ajouté : « Nous prévoyons que l'amélioration de l'efficacité atteindra des niveaux significatifs à deux chiffres, par rapport à ce qui est réalisé avec les technologies de pointe actuelles. C'est donc à la fois disruptif et impactant. »

Bien que cette membrane soit encore au stade de développement technologique et non un produit commercial, Gore a indiqué que ces découvertes éclairent la conception de sa prochaine génération de membranes pour électrolyseurs PEM.

Les deux entreprises ont également déclaré que ces résultats fournissent une plateforme pour explorer davantage le fonctionnement à des températures plus élevées, des densités de courant plus élevées et même des conceptions de membranes plus fines.