La durée de vie des piles à combustibles est limitée par le vieillissement des différents constituants, en particulier la dégradation physique des membranes polymères qui servent de séparateur et électrolyte. On peut assez facilement constater les dégâts post-mortem : trous, craquage, délamination, qui conduisent à l’arrêt final. Mais comment anticiper ces dégâts, et prédire où ils vont se produire ? Nous avons effectué une expérience non-intrusive permettant d’analyser à l’échelle microscopique l’état d’une membrane ayant fonctionné 2500 heures en pile à combustible, et ceci à différents endroits par rapport au montage de la pile : près/loin des électrodes, près/loin de l’arrivée des gaz (air et hydrogène), sous les canaux de distribution ou sous les dents collectrices de courant.

La clé du succès est d’utiliser la résolution spatiale exceptionnelle qui peut être obtenue avec un microfaisceau de rayons X produit par une source synchrotron. On peut alors échantillonner finement la membrane, aussi bien dans son épaisseur que sur toute sa surface. Les spectres de diffusion ont révélé des inhomogénéités très importantes par rapport à une membrane neuve, dues à la dégradation continue (exposition à de l’eau pendant longtemps à haute température) ou bien locale (zones soumises à des gradients ou des contraintes provoquant de fortes réorganisations du polymère à l’échelle nanométrique).

Nos résultats permettront d’améliorer le design de la pile et de nourrir les modèles numériques pour l’optimiser.