Nouvelle recette de tranches de pain pour optimiser le sandwich qu’est la cellule d’une pile à combustible. Fondée en 2019, la startup toulousaine Hycco développe des plaques bipolaires en composite thermosplastique renforcé par de la fibre de carbone en partenariat avec l’IMT Mines Albi-Carmaux et le laboratoire Laplace du CNRS. Celles-ci sont pour l’instant réservées aux piles à membrane échangeuse de proton (PEM), qui dominent largement le marché. « Nous avons réalisé un état de l’art sur les technos hydrogène, des solutions d’avenir, et nous avons identifié que les plaques bipolaires représentaient un verrou technologique », explique Ludovic Barbès, directeur financier et co-fondateur de Hycco. La technologie devrait franchir le TRL 7 d’ici la fin de l’année pour le marché des piles à combustible. La jeune pousse adapte en parallèle sa plaque bipolaire aux technologies d’électrolyseurs à membrane (TRL 3-4) ainsi qu'aux batteries à flux redox (TRL 2-3).
Les plaques bipolaires assurent un rôle important : placées à chaque extrémité de la cellule (d'une pile à combustible ou d'un électrolyseur), elles acheminent le gaz au cœur de la pile, récupèrent les électrons (grâce à ses propriétés conductrices) et garantissent la régulation thermique du système (via un canal de circulation du liquide de refroidissement). « Ce composant représente 30 % du coût de la pile et environ trois quarts de son poids », indique M. Barbès.
Plus légères et plus durables
Or, « historiquement, les plaques bipolaires sont fabriquées à base de graphite, performantes et durables certes... mais lourdes et encombrantes en raison de leur épaisseur (entre 2 et 3 mm). Impossible de les utiliser dans en mobilité lourde ! » pointe le co-fondateur de la jeune pousse. Bus, camion et autre véhicules lourds à hydrogène sont ainsi équipés de plaques bipolaires en métal, « qui, une fois assemblées, tournent autour de 1,2 mm d'épaisseur », ajoute Romain Di Costanzo, le PDG d'Hycco. « Le problème des plaques en inox ou en acier, c’est que leur durée de vie n'excède pas les 300 000 kilomètres, ce qui n’est pas suffisant pour des bus, des camions ou des avions », complète Ludovic Barbès.
C’est pour allier durabilité et compacité que les trois ingénieurs-entrepreneurs à la tête de la startup – Romain Di Costanzo, Alain Fontaine et Ludovic Barbès – ont misé sur une plaque bipolaire à base de résine thermoplastique renforcée par de la fibre de carbone. « Le gros avantage de la fibre de carbone, pour notre application, ce sont ses propriétés électriques. Elle bénéficie en plus de propriétés mécaniques intéressantes – largement exploitées par l’industrie automobile pour des pièces de structures ou des pare-chocs par exemple –, qui rendent notre produit moins cassant, déroule Ludovic Barbès. Quant aux thermoplastiques, leur propriétés physico-chimiques permettent de maximiser la durée de vie et sont plus faciles à recycler. »
Résultat : d’après les chiffres fournis par Hycco, leurs plaques bipolaires pèsent 1,5 gramme/cm3, soit 1,7 fois moins qu'une plaque métallique (non assemblée) de 0,1 mm d’épaisseur. Elles restent en revanche légèrement plus épaisses : « Une fois assemblées, nos plaques font 1,2 mm d'épaisseur. Mais nous visons, à terme, des épaisseurs similaires aux plaques métalliques (0,9 mm), ce qui nous permettrait d'avoir des produits deux fois moins lourdes que ceux en métal ! », souligne M. Di Costanzo. « Et nous garantissons entre 20 et 30 000 heures de fonctionnement », glisse le directeur financier.
Echelle industrielle d'ici 5 ans
Autre avantage : la fibre de carbone et le thermoplastique sont sur étagère, « ce qui permet de limiter les coûts ». Mais si aucun matériau n’a été spécifiquement développé pour les plaques bipolaires Hycco, la jeune pousse a breveté le procédé de fabrication. « Les matériaux sont sous forme de bobine et nous assemblons plusieurs couches ensemble via du thermoformage. Nous n’avons pas d’étape de post-traitement comme c’est le cas pour les plaques métalliques », souligne le directeur financier.
Et la startup ne manque pas d'ambition ! Hycco prévoit de démarrer une ligne de production pilote (d’une capacité de 10 000 pièces par an) à la fin de l'année à Toulouse. « D’ici cinq ans, nous visons l’échelle industrielle, à savoir des millions de pièces par an », précise Ludovic Barbès. Par ailleurs, Hycco est impliqué, aux côtés du constructeur de drones Delair, de l’école d’ingénieur ISAE-Supaero et du fabricant de piles à combustible Pragma Industries, dans le projet « Mangabhy » qui vise à concevoir un drone à hydrogène gazeux d’ici l’année prochaine.
