Article paru PAC
Un matériau qui stocke et génère l'hydrogène sans risque
L'un des verrous au développement des piles à combustible réside dans le stockage de l'hydrogène. Le CEA recherche un partenaire industriel pour concevoir un prototype. A la clé, des applications dans les technologies nomades et les systèmes de secours.
C'est une jolie poudre blanche qui présente l'avantage de contenir de l'hydrogène et le pouvoir de le libérer progressivement en se consumant lentement. L'idéal pour stocker le précieux gaz et alimenter les piles à combustible (PAC) des téléphones portables ou les systèmes de secours d'avions, de navires ou d'engins spatiaux... “Avec un gramme de ce matériau, que l'on peut mettre sous forme de pastilles de différentes tailles, on peut alimenter un téléphone portable pendant 24 heures”, affirme Jérôme Saillard, ingénieur de recherche à la Direction des applications militaires du CEA. Le matériau en question est l'ammonia-borane (formule chimique : NH<sub>3</sub>BH<sub>3</sub>). Il appartient à la famille des borohydrures, des composés chimiques synthétiques qui ont des densités élevées en hydrogène : l'ammonia-borane contient 19,6 % de sa masse en hydrogène et peut en libérer les deux-tiers sous l'action de la chaleur, par thermolyse, soit un excellent rendement par rapport aux autres matériaux. Ensuite, tout est question de savoir-faire, de compréhension et de maîtrise des phénomènes d'auto-combustion du matériau, de mesure de la quantité et du taux de pureté de l'hydrogène libéré - point clé pour la PAC - et finalement de la conception de prototypes. “Nous avons réalisé un petit démonstrateur où l'hydrogène libéré est stocké dans une bouteille en inox et vient alimenter une PAC qui fait fonctionner un petit ventilateur”, indique le chercheur. L'hydrogène est généré en initiant l'auto-combustion (“auto-pyrolyse” à proprement parler) en chauffant le matériau au-delà de 100°C grâce, par exemple, à un petit fil chaud parcouru par un courant. La réaction se propage ensuite par elle-même et le matériau est consumé dans sa totalité, très progressivement. “Nous venons de déposer un brevet à ce sujet, ajoute Jérôme Saillard. L'un des principaux secrets de fabrication concerne les auxiliaires thermiques qui assurent la combustion et la pureté de l'hydrogène généré.”
Une première génération de prototypes dédiés aux applications nomades (GSM, PDA...) sera mise au point cette année. Puis, en partenariat avec un fabricant de PAC, le CEA souhaite développer une seconde génération pour cette application mais aussi pour des systèmes de secours aéronautiques ou navals avec des stockages de quelques kilogrammes pour alimenter des PAC d'un kilowattheure pendant une dizaine d'heures. De fait, les applications sont aussi variées que les possibilités de conditionnement : de quelques grammes sous forme de tablettes pour un téléphone portable, voire un peu plus pour des équipements militaires sur le terrain, à plusieurs kilogrammes pour un système de secours ou une alimentation hors réseau électrique. “Cette solution présente l'avantage de stocker l'hydrogène à pression ambiante, dans une large gamme de températures (-40°C à " 60°C) et de pouvoir le générer à la demande et à basse pression (1 à 2 bars), ce qui limite considérablement la maintenance et les problèmes de sécurisation de ces équipements”, conclut Jérôme Saillard. Cette technologie intervient comme une solution complémentaire aux procédés actuellement développés par le CEA sur le stockage de l'hydrogène.
