L’entreprise allemande Schaeffler a dévoilé une nouvelle génération de plaques bipolaires métalliques pour les piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEM). Les plaques nouvellement conçues sont moins chères, ont une durée de vie plus longue et sont plus puissantes.
Tous les systèmes de piles à combustible sont basés sur des plaques bipolaires. La particularité des plaques développées par Schaeffler est que leur conception est optimisée pour une production en série, ce qui permettrait de réduire le coût de fabrication en tirant parti des économies d’échelle. Il s’agit là d’un point essentiel, car la technologie des piles à combustible est encore très coûteuse.
La nouvelle génération de plaques bipolaires de Schaeffler utilise une approche connue sous le nom de “conception pour la fabrication” (DFM). L’objectif est d’atteindre un niveau de rentabilité et d’évolutivité de la fabrication suffisant pour que les véhicules à hydrogène gagnent des parts de marché. L’entreprise allemande s’appuie sur ses nombreuses années d’expérience et d’expertise en matière d’emboutissage et de formage des métaux, et a atteint un niveau de précision plus élevé dans l’emboutissage des structures ultra-minces nécessaires à la surface des plaques, dont l’épaisseur n’est que de 50 à 100 micromètres (comme celle d’un cheveu humain moyen).
Ils ont également mis au point un nouveau procédé de revêtement pour prolonger la durée de vie des piles à combustible. L’objectif des revêtements est de maintenir un niveau élevé de conductivité électrique pendant toute la durée de vie de la pile à combustible. Les revêtements sont appliqués à l’aide d’une version adaptée et affinée du procédé de dépôt physique en phase vapeur (PVD) que Schaeffler utilise depuis des années pour la production de millions de composants soumis à de fortes contraintes.
Pour rendre les piles à combustible étanches au gaz et à l’eau, ce qui est essentiel du point de vue de la qualité et de la sécurité, Schaeffler utilise des joints moulés par injection ou sérigraphiés ou, selon les besoins, un procédé spécial de soudage au laser mis au point en interne. En outre, selon les besoins du client, les revêtements peuvent être conçus pour offrir la plus longue durée de vie possible des plaques, la plus faible empreinte carbone possible ou le meilleur rapport qualité-prix possible.
En outre, les piles à combustible fabriquées avec ces nouvelles plaques ont une densité de puissance supérieure d’environ 20 % à celle des piles à combustible fabriquées avec des plaques de la génération précédente. Chaque plaque a la taille d’une feuille de papier A4 et ne pèse que 60 grammes, mais elle joue un rôle clé dans la réaction chimique qui a lieu dans la batterie. Dans une batterie de véhicule à hydrogène, plusieurs centaines de ces plaques sont superposées, chacune étant séparée par un ensemble d’électrodes à membrane (MEA).
Plus les structures des plaques bipolaires sont fines et précises, plus elles sont efficaces. Les nouvelles plaques de Schaeffler permettent d’obtenir une densité de puissance de 4,6 kW par litre pour l’ensemble de la pile à combustible, y compris les plaques d’extrémité et le matériel de compression. Il est intéressant de noter qu’elles représentent jusqu’à 80 % du poids de la pile et jusqu’à 65 % de son volume. Quelque 400 plaques permettent de fournir une puissance d’environ 140 kW (190 ch).
La prochaine étape pour Schaeffler est de préparer l’industrialisation à grande échelle. L’entreprise allemande a mis en place une usine pilote pour produire les nouvelles plaques (sous le nom d’Innoplate) par séries de plusieurs dizaines de milliers d’unités à destination des constructeurs automobiles pour des prototypes et des petites séries, avec un démarrage de la production début 2024. L’objectif suivant est bien sûr d’en faire des véhicules de série.
L’usine est également conçue pour produire de grandes plaques pour de grands électrolyseurs destinés à produire de l’hydrogène vert.
