Voitures électriques à pile à combustible
La gestion d’hydrogène
Les voitures électriques à pile à combustible (ou FCEV, Fuel Cell Electric Vehicles) font partie des nouveaux modes de déplacement durables, plus propres et plus silencieux. Les FCEV sont équipées d’un réservoir à haute pression dans lequel est stocké l’hydrogène. Ce dernier est transféré dans la pile à combustible grâce à des tuyaux et conduites avant d’être transformé en électricité. Le système de gestion d’hydrogène comprend plusieurs composants tels que le réservoir d’hydrogène bien sûr, le liner (revêtement interne) du réservoir, ainsi que les conduites et les raccords de carburant hydrogène. L’élément le plus important à prendre en compte pour la conception d’un système de gestion d’hydrogène est la sécurité. Les matériaux utilisés doivent également répondre à cet enjeu. Les matériaux de pointe d’Arkema ont déjà fait leurs preuves depuis longtemps dans des applications les plus exigeantes. Arkema propose des solutions adaptées à chaque composant.
Une offre de polyamides de haute performance
Le stockage d’une quantité suffisante d’hydrogène et une consommation de carburant efficace sont les enjeux principaux des voitures électriques à pile à combustible. Plus particulièrement, un réservoir à haute pression de type IV doit résister à une pression interne de 700 bars ainsi qu’à une grande plage de températures allant de ‑40°C à 85°C (voir norme EC79). Il est indispensable que le liner interne du réservoir et les conduites de carburant qui transfèrent l’hydrogène jusqu’à la pile à combustible servent de barrières afin d’éviter les fuites.
Les conduites à l'hydrogène
Les conditions strictes de fabrication à respecter pour les conduites et les raccords de carburant hydrogène sont très proches de celles des conduites de carburant classiques pour véhicules thermiques. Comme les pièces en plastique se trouvent principalement sous le châssis, elles sont exposées à des agressions extérieures, notamment le sel et les pierres. Le polyamide 11 Rilsan® a largement fait ses preuves en matière dans les applications de conduites de carburant grâce à son excellente résistance chimique et ses propriétés mécaniques, notamment sa résistance aux chocs, aux températures et à la pression. Par ailleurs, il offre d’excellentes propriétés barrière par rapport aux autres thermoplastiques, un élément clé pour éviter la perte d’hydrogène. Arkema propose une large gamme de grades de polyamides 11 Rilsan® qui peuvent être facilement mis en œuvre et utilisés avec d’autres matériaux dans des structures multicouches.
Le liner du réservoir
Le liner du réservoir est un composant clé qui permet de sécuriser le stockage de l’hydrogène. Son excellente résistance intrinsèque aux températures basses fait du PA11 Rilsan® une barrière de protection efficace. Les réservoirs d’hydrogène sont soumis à des variations de pression intérieure importantes, et le PA11 Rilsan® a démontré son efficacité contre l’apparition de fissures ou de cloquage lors de la compression et de la décompression de l’hydrogène. Particulièrement léger, le PA11 Rilsan® convient aussi parfaitement aux besoins des fabricants de véhicules électriques toujours soucieux d’en réduire le poids. Rilsan® PA11 présente un autre avantage important : il est facilement mis en œuvre par rotomoulage, moulage par extrusion-soufflage, moulage par injection, soudage ou encore extrusion. En plus de son utilisation pour les réservoirs de carburant à bord, ce polyamide à haute performance convient également aux infrastructures d’alimentation en hydrogène comme les stations-service.
Une offre de résines thermoplastiques pour composites
Pour être sécurisée et durable, l’enveloppe extérieure des réservoirs de carburant hydrogène doit offrir des propriétés de résistance et de rigidité. La résistance mécanique est essentielle contre les impacts et la pression, tandis que la rigidité est nécessaire pour assurer la durabilité et empêcher ainsi les propriétés de se déformer. Ces exigences de haute performance sont essentielles afin de conserver une pression à 700 bars. Notre équipe R&D a mis au point des résines thermoplastiques de haute performance pour produire des composites renforcés et parfaitement adaptés aux applications de surface extérieure des réservoirs de carburant hydrogène. Elium® est la première résine thermoplastique liquide destinée à la fabrication de pièces en composites offrant des propriétés mécaniques très performantes. Elium® est une résine révolutionnaire conçue pour répondre aux enjeux de l’industrie automobile. Elle permet de faire des pièce composites :
- Plus légères de 30 à 50 % que des pièces identiques en acier ;
- Aux propriétés mécaniques élevées et aussi résistantes que le métal ;
- Recyclables par dépolymérisation
Des applications d'avenir : les copolymères piézoélectriques pour contrôler le bon fonctionnement des réservoirs sous pression
La sécurité des réservoirs de carburant hydrogène est prioritaire pour les fabricants automobiles, au même titre que la fiabilité du système de stockage grâce à la mise en place de dispositifs pour détecter les fuites et les excès de température. Nous avons mis au point un polymère piézoélectrique révolutionnaire qui, intégré dans une pile, permet de contrôler efficacement le bon fonctionnement des réservoirs de carburant grâce à unsystème non invasif de mesure acoustique et d’ultrasons. Les copolymères piézoélectriques P(VDF-TrFE) Piezotech® FC sont très sensibles aux ondes acoustiques et aux ultrasons. Les données recueillies grâce à leur sensibilité leur permettent d’améliorer la durée de vie et de gérer la sécurité des réservoirs de carburant hydrogène.