Cellules à combustible à hydrogène protégées par le graphène augmentent l’efficacité des camions

Des chercheurs de l’UCLA et de l’Université de Californie à Irvine ont conçu un catalyseur au platine protégé par de minuscules poches de graphène pour les piles à combustible à hydrogène. Lors d’un essai accéléré de 90 000 cycles de tension, la perte de puissance est restée inférieure à 1,1 %. La durée supérieure à 200 000 heures est une projection tirée de ces essais : aucun camion n’a déjà fonctionné aussi longtemps avec cette technologie.

Le transport lourd et l’hydrogène

Une pile à combustible transforme l’énergie chimique de l’hydrogène en électricité; le véhicule rejette de l’eau pendant son fonctionnement. La charge transportée, les distances et la durée des arrêts rendent l’hydrogène intéressant pour certains usages des poids lourds. Les camions à batterie restent une autre solution possible selon le trajet, le réseau de recharge, le coût et la disponibilité du carburant. Les émissions totales de l’hydrogène dépendent aussi de sa production et de son transport.

Pourquoi améliorer le catalyseur ?

Les piles à membrane échangeuse de protons ont besoin d’un catalyseur pour accélérer la réaction. Le platine et ses alliages peuvent perdre de leur activité au fil des cycles de tension. Pour les camions lourds, le ministère américain de l’Énergie fixait un objectif final de 30 000 heures pour le système de pile complet. La durée projetée d’un catalyseur ne doit pas être confondue avec celle du système entier.

Des nanoparticules dans le graphène

Dans l’étude publiée dans Nature Nanotechnology, de très petites particules de platine pur sont logées dans des poches de graphène, elles-mêmes soutenues par du carbone poreux Ketjenblack. Cette structure vise à limiter le déplacement et l’agglomération des particules tout en laissant la surface active accessible. L’équipe n’a pas démontré une pile commerciale dépourvue de platine.

Source : laboratoire Huang, UCLA

Résultats et portée des essais

Selon l’UCLA, la cellule expérimentale a atteint une densité de puissance d’environ 1,08 W/cm² et un rendement maximal de 71,9 %. Après 90 000 cycles accélérés en onde carrée, sa perte de puissance était inférieure à 1,1 %. Les chercheurs en déduisent une durée potentielle supérieure à 200 000 heures. Ils n’ont pas fait rouler un camion pendant 200 000 heures, ni démontré une durée identique pour le réservoir et tous les autres éléments du véhicule.

Un brevet a été déposé. Des essais sur des systèmes complets, des études de fabrication et une analyse des coûts sont encore nécessaires. L’ancien texte avançait une arrivée commerciale dans cinq à dix ans et affirmait qu’un réseau national de stations d’hydrogène coûterait nécessairement moins cher qu’un réseau de recharge électrique. La recherche ne démontre ni ce calendrier ni cette comparaison.

Applications et émissions

Le fret de longue distance, les engins de chantier ou la production électrique fixe pourraient utiliser des piles améliorées, sous réserve d’une évaluation propre à chaque cas. L’absence d’émissions au pot d’échappement ne signifie pas une absence d’émissions sur toute la chaîne. Le prix et l’origine de l’hydrogène, son acheminement et la sécurité du stockage comptent dans le bilan.

Linde, fournisseur de gaz industriel

Linde (LIN ) produit et distribue des gaz industriels, dont l’hydrogène. L’entreprise ne figure pas parmi les auteurs ou partenaires de cette étude sur le catalyseur. Les résultats universitaires ne prouvent donc aucun effet direct sur son chiffre d’affaires ou son action. Les anciens chiffres de cours et de taille de marché ont été retirés.

Actualités de Linde

Conclusion

Le catalyseur protégé par le graphène a montré une bonne résistance lors d’essais accélérés. Sa durée exceptionnelle reste une projection de laboratoire. Son intérêt réel pour les camions dépendra des essais en conditions d’exploitation et de l’ensemble de la filière hydrogène.

Étude et sources

Z. Liu et coll., « Pt catalyst protected by graphene nanopockets enables lifetimes of over 200,000 h for heavy-duty fuel cell applications », Nature Nanotechnology 20, 807–814 (2025) ; UCLA, 25 avril 2025.