L’hydrogène comme une pierre angulaire de la transition énergétique

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) est l’un des défis principaux auquel nos sociétés doivent répondre et l’hydrogène est aujourd’hui communément admis comme une pierre angulaire de la transition énergétique, capable de préserver les usages modernes. Tous les secteurs fortement émetteurs de GES, que ce soit le transport, l’industrie, l’agriculture ou le résidentiel, ont clairement identifié l’hydrogène comme un vecteur énergétique incontournable, si les objectifs de l’accord de Paris veulent être atteints. Ces impératifs, alliés à la maturité technologique des piles à combustibles (PAC) ont permis à ces technologies de croître rapidement (+37.5% en 2019, +28% en 2018). Le marché des piles à combustible (2.78Mds$ en 2018) devrait dépasser 7 Mds$ d’ici 2025.

Cependant, les piles à combustible actuelles souffrent d’un problème majeur : leur durée de vie. Celle-ci est directement liée à un composant clef des piles à combustible, les plaques bipolaires (75% du poids et 30% du coût). Si les durées de vie actuelles restent suffisantes pour l’automobile (~5000h), elles sont insuffisantes pour un certain nombre d’applications émergentes, et notamment celles de la mobilité lourde (aéronautique, ferroviaire, transport routier, fret maritime, bus, navette fluviale, etc…).

HYCCO® a développé un procédé de fabrication unique, permettant de produire des plaques bipolaires en matériaux composites haute performance. Notre première phase de faisabilité a démontré que nos plaques bipolaires permettent de simultanément augmenter la durée de vie des piles à combustible actuelles (x4) et de réduire leur poids (entre -50% et -90%), sans compromettre l’encombrement total du système, pour un prix compétitif.

A l’heure actuelle, 6 études sont en cours auprès de grands groupes industriels et de startups afin d'évaluer les performances de nos matériaux en condition réelle. Plus de 10 prospects ont été engagés et les sollicitations d’industriels en manque de solution sont nombreuses, et renforcent nos hypothèses initiales.

L’objectif de HYCCO® est d’accompagner les industriels afin qu’ils soient en mesure d’intégrer notre technologie dans leur système, de la conception jusqu’à l’industrialisation. HYCCO envisage donc de devenir un fournisseur incontournable de matériaux composites hautes performances, présent sur toute la chaîne de valeur de l’hydrogène. De plus, HYCCO® est le seul fabricant Français de ce composant indispensable !

Investir dans HYCCO® c’est donner les moyens financiers à un des piliers de la transition énergétique qu’est l’hydrogène, contribuer à la réindustrialisation française et soutenir la création d’emploi en région.

HYCCO au sein de l’hydrogène vert

Les énergies renouvelables sont par nature intermittentes. Un désavantage souvent pointé du doigt par leur détracteurs. Grâce à un électrolyseur on peut, lorsqu’il n’y a pas de demande sur le réseau, transformer l’énergie électrique produite en hydrogène, la stocker sur de très longues périodes, et la restituer sous forme d’électricité et de chaleur, au niveau de l’usage grâce à une pile à combustible. C'est pour cela que l’hydrogène est appelé un « vecteur énergétique ».

L’innovation HYCCO® se positionne dans la chaine de valeur hydrogène sur les piles à combustibles mais aussi sur les électrolyseurs et les batteries à flux de type REDOX (voir ci-dessous).

Le fonctionnement d'une pile à combustible

Une pile à combustible est un système électrochimique permettant la conversion du dihydrogène gazeux (H2) en électricité. Elle est constituée d’un empilement de cellules (cf schéma pile à combustible ci-dessous).

Chaque cellule est constituée de deux plaques bipolaires, qui prennent en sandwich une membrane protonique (AME pour Assemblage Membrane Electrode). La membrane permet le passage de protons H+, mais pas des électrons, qui génèrent un courant électrique. Un empilement de cellule est appelé une stack. L’eau est le seul rejet d’une pile à combustible ce qui en fait un système zéro-émission.

L’oxygène et l’hydrogène sont acheminés sur la membrane protonique grâce aux plaques bipolaires. Elles assurent également la régulation thermique de la pile, et doivent être conductrices afin de conduire les charges électriques générées. Les plaques bipolaires sont un des éléments clefs de la pile à combustible et représentent 30% de son coût, et 75% de son poids.

Problématiques à résoudre

A l’heure actuelle les matériaux utilisés pour les plaques bipolaires ne permettent pas d’allier simultanément finesse, durabilité, et légèreté. Les différentes options qui existent à l’heure actuelle sont décrites ci-après :

Graphite

Les plaques de graphite se font par iso-moulage de poudre graphitique, ce qui permet d’obtenir des plaques qui sont usinées pour créer les plaques bipolaires. Le graphite a une excellente conductivité et ne présente aucun signe de détérioration aux attaques chimiques. Mais le matériau est lourd et cassant : les plaques ainsi produites sont épaisses (> 5mm) pour les rendre plus solide. L’usinage s’effectue en fraisant les plaques une à une, ce qui rend le procédé coûteux.

Métal

Les plaques d’acier inoxydables sont fabriquées en gros volume par estampillage. La fabrication de plaques bipolaires métallique a été réalisée avec succès par plusieurs gros industriels travaillant pour l’automobile (Dana, Borit). Elles doivent être recouvertes d’une couche protectrice afin de résister à la corrosion. Malheureusement, à ce jour, et malgré les importants moyens mis en œuvre, la durée de vie de ces matériaux limite celles des PEM à 5000h.

Composites

Le moulage par injection : Il s’agit de mélanger une résine de type thermodurcissable ou thermoplastique à des matériaux conducteurs, afin d’en augmenter la conductivité électrique. Malheureusement les objectifs en termes de conductivité sont tels que les quantités de particules conductrices à intégrer au mélange le rendent extrêmement visqueux. Ce dernier ne peut pas remplir les petites cavités des canaux. Les plaques bipolaires restent trop épaisses (3/4 mm) pour pallier à la viscosité élevée du mélange.

Innovation HYCCO®

Deux ans de recherche ont été nécessaires à HYCCO® pour mettre au point un procédé de fabrication unique permettant de produire des plaques bipolaires dans un matériau composite de nouvelle génération. Il permet simultanément d’augmenter la durée de vie (x4) et de réduire leur poids (entre -50% et -90%), sans compromettre l’encombrement total du système, pour un prix compétitif.

HYCCO® a déposé son premier brevet qui décrit une étape incontournable pour produire des plaques permettant la formation d’un canal interne servant à la régulation thermique des systèmes.

Le Tableau ci-dessous montre les éléments différentiateurs dans le cas d’une pile à combustible PEM par rapport aux matériaux existants. Des plaques entre 2 et 20 fois plus légères que l’existant ont été produites, ayant une durabilité jusqu’à 4 fois supérieure aux plaques bipolaires aujourd’hui utilisées dans la mobilité (métal), sans compromettre la compacité du système.

Stratégie commerciale

HYCCO® veut répondre au besoin croissant des industriels qui sont à la recherche de solutions nouvelles pour répondre à leurs problèmes de durée de vie. Le succès commercial de HYCCO® repose sur l’intégration de la technologie dans les systèmes hydrogène. Ainsi, la société met à disposition son expertise sur ces composants de nouvelle génération tout au long du cycle qui mène à la commercialisation.

A partir de l’analyse du besoin elle propose d’abord une étude d’intégration et la fabrication de prototypes avant de passer aux phases de production pour des petites et grandes séries.

De nombreux clients potentiels ont contacté HYCCO® et se montrent intéressés par la solution. Plusieurs lettres d’intentions ont été reçues de la part d’importants industriels. Des discussions sont en cours, sous couvert d’accord de confidentialité, afin de discuter d’une éventuelle collaboration. Plusieurs clients testent actuellement les composants au sein de leurs installations avec des résultats très prometteurs, les premiers contrats commerciaux sont en cours de négociation.

La stratégie HYCCO® est de nouer des collaborations avec divers industriels pour co-développer des produits adaptés à chaque application. Via ces partenariats, HYCCO® cherche à se positionner sur ses différents marchés électrolyseurs, batteries REDOX, et tous les champs de la mobilité (poids lourds, maritime, ferroviaire, aéronautique).

Les cycles de développement étant longs (2 à 3 ans), les études menées aujourd’hui aboutiront aux premières industrialisations (100 000 pièces/an) en 2023. L’objectif est de sécuriser 4 clients d’ici 2022. Cela permettra de générer 9 M€ de chiffre d’affaires en 2024.

HYCCO® compte recruter un commercial au cours de l’année 2021 afin d’accélérer ses activités de prospection et d’améliorer sa visibilité sur les salons.

Levée de fonds : besoin & utilisation des fonds

Le besoin en financement est primordial sur les 24 prochains mois afin de finaliser le développement des procédés et de déployer une chaine de production prototype afin d’être en mesure de répondre au besoin du marché en 2023.

Le montant recherché est de 500k€. Ces fonds permettront de :

Poursuivre les activités de R&D afin de renforcer la maitrise des matériaux et d’optimiser le procédé de fabrication.
Ces travaux permettront de faire progresser la maturité du produit (passage d’un TRL 4 à 7) en le testant dans son environnement représentatif de système de puissance de plus en plus élevée.
Enfin, il s’agira de déployer une stratégie de type industrie 4.0 (qualité, traçabilité, certification), intégrant les standards les plus récents afin de répondre aux demandes des domaines les plus exigeants (automobile, aéronautique).

HYCCO en chiffres, c'est :

1 brevet
2 laboratoires publics
6 personnes à temps plein
6 partenariats industriels
15 prospects engagés
12 000 heures de R&D
Une expertise démontrée sur la mise en forme de matériaux composite thermoplastique haute performance, l’assemblage et le design de pile à combustible
Une équipe pluridisciplinaire, complémentaire, aux valeurs communes

Ils nous font confiance

Nous travaillons avec des laboratoires de recherches et des industriels parmi les plus avancés du domaine de l’hydrogène, des matériaux composites et de l’industrie :

Nous avons déjà convaincu un certain nombre de partenaires institutionnels qui avancent à nos côtés :

Nous faisons partie intégrante de l’écosystème hydrogène que nous contribuons à construire :

Prix et distinctions :

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