211service.com
De meilleures piles à combustible pour les ordinateurs portables
Les batteries sont le fléau des utilisateurs d'électronique grand public. Ils ne fournissent qu'une quantité limitée d'énergie, prennent des heures à se recharger et, avec le temps, deviennent moins durables. Pendant des années, les ingénieurs ont envisagé les piles à combustible - des appareils qui produisent de l'électricité en mélangeant un carburant avec des molécules d'oxygène - comme une alimentation alternative plus durable. Mais la technologie a toujours rencontré des obstacles qui l'empêchent d'être aussi pratique et rentable que les batteries.
Aujourd'hui, des chercheurs du Biodesign Institute de l'Arizona State University à Tempe ont mis au point une technique qui pourrait aider à fabriquer de meilleures piles à combustible pour les ordinateurs portables, les appareils de communication de qualité militaire et, potentiellement, les téléphones portables. Dans une recherche présentée hier lors de la réunion de l'American Chemical Society à San Francisco, Dominic Gervasio, professeur agrégé au Center for Applied Nanobioscience de l'Arizona State, et son équipe ont montré qu'en ajoutant un produit chimique présent dans l'antigel au borohydrure de sodium, un liquide utilisé pour stocker l'hydrogène, la molécule qui alimente les piles à combustible - ils peuvent fabriquer une pile à combustible plus durable. Le carburant résultant pourrait alimenter un ordinateur portable deux fois plus longtemps que n'importe quelle batterie sur le marché, tout en permettant un fonctionnement à température ambiante, contrairement à de nombreuses autres piles à combustible.
Les piles à combustible pour appareils portables ont gagné du terrain au cours des dernières années, car la technologie qui les sous-tend n'a cessé de s'améliorer. En effet, ils ont maintenant dépassé les laboratoires de recherche et se sont frayés un chemin dans diverses formes de production. Millennium Cell, une société basée à Eatontown, dans le New Jersey, fournit des piles à combustible pour des applications militaires. Et d'ici la fin de l'année, Medis Technologies, basée à New York, prévoit de proposer un appareil à pile à combustible grand public conçu pour recharger instantanément les batteries standard des téléphones portables, des lecteurs MP3 et des ordinateurs portables.
Le borohydrure de sodium, la solution utilisée par Millennium Cell, Medis et l'équipe de l'État de l'Arizona, devient un choix populaire pour stocker l'hydrogène pour les piles à combustible portables, explique Gervasio. L'une des raisons est qu'il est utilisé avec la conception de pile à combustible la plus établie. Ce type de pile à combustible fonctionne en combinant l'hydrogène et l'oxygène de l'air pour produire du courant électrique. De plus, les systèmes qui utilisent du borohydrure de sodium peuvent être aussi petits que les batteries conventionnelles car la solution stocke une grande quantité d'hydrogène dans un petit volume. De plus, c'est un liquide relativement sûr qui n'est pas inflammable. Vous pouvez prendre une allumette et la mettre dedans, dit Gervasio.
Mais pour réussir à remplacer les batteries, ces piles à combustible doivent faire leurs preuves nettement mieux que les batteries qu'elles visent à remplacer, explique Gervasio. Actuellement, la plupart des piles à combustible au borohydrure de sodium ne produisent que légèrement plus d'énergie électrique par volume de combustible que les batteries conventionnelles, dit-il. Pour augmenter les performances de leur système de pile à combustible, Gervasio et son équipe savaient qu'ils devaient augmenter la quantité d'hydrogène disponible pour la pile à combustible à partir de la solution de borohydrure de sodium.
Les systèmes de micro-piles à combustible contiennent généralement trois parties : une cartouche de carburant, une chambre d'hydrolyse où l'hydrogène est extrait du carburant liquide et une pile à combustible où l'hydrogène se mélange à l'oxygène, créant de l'électricité. Dans le système des chercheurs de l'État de l'Arizona, un mélange d'eau et de borohydrure de sodium est pompé de la cartouche dans la chambre d'hydrolyse, qui contient un catalyseur. Le catalyseur déclenche une réaction chimique qui libère de l'hydrogène de la solution de borohydrure de sodium et crée également des sous-produits qui sont pompés hors de la chambre et renvoyés dans la cartouche de carburant pour être éliminés plus tard.
Il semblerait logique que l'augmentation de la concentration de borohydrure de sodium augmente la production d'hydrogène, et rende un système de pile à combustible plus performant. Cependant, dit Gervasio, il y a un problème caché avec ce scénario. L'un des sous-produits de la réaction d'hydrolyse est l'oxyde de bore, un composé qui ne se dissout pas facilement dans l'eau. Ainsi, lorsque la concentration de borohydrure de sodium augmente, la concentration d'oxyde de bore solide augmente également, ce qui encrasse le système de pompage, limitant la quantité de borohydrure de sodium pouvant être utilisée, explique Gervasio.
Pour résoudre ce problème, Gervasio et son équipe ont testé des solvants qui dissolvent l'oxyde de bore. Ils ont découvert qu'en ajoutant de l'éthylène glycol à la solution d'hydrure de bore, ils pouvaient utiliser une concentration de borohydrure de sodium 50 % plus forte qu'une concentration sans éthylène glycol dans la solution, augmentant ainsi la quantité d'hydrogène pouvant être stockée et libérée, sans produire les amas indésirables. d'oxyde de bore. La différence, dit Gervasio, est un système de pile à combustible qui peut alimenter un appareil environ deux fois plus longtemps qu'une batterie de la même taille et du même poids.
L'éthylène glycol est utile non seulement pour sa capacité à dissoudre l'oxyde de bore, mais aussi pour gérer la température de l'eau dans la pile à combustible, ajoute Gervasio. L'éthylène glycol réduit le point de congélation et augmente le point d'ébullition de l'eau dans les piles à combustible, tout comme il le fait dans l'antigel du système de refroidissement d'une voiture. Un point de congélation réduit empêche l'eau de la solution de borohydrure de sodium de se transformer en glace par temps froid, tandis qu'un point d'ébullition plus élevé pourrait permettre au système de fonctionner plus facilement à des températures plus élevées.
En effet, la gestion de la chaleur est un aspect de la technologie des piles à combustible que les ingénieurs doivent prendre en compte lors de la conception de piles à combustible efficaces, explique Jack Brouwer, directeur associé du National Fuel Cell Research Center de l'Université de Californie à Irvine. Et il estime que la recherche de l'État de l'Arizona est un travail vraiment intéressant à cet égard.
John Battaglini, vice-président des ventes, du marketing et de la gestion des produits pour Millennium Cell, déclare que son entreprise a adopté des approches similaires dans le développement de ses piles à combustible ; et ajoute qu'il est heureux de voir plus de gens se pencher sur le borohydrure de sodium, et s'attend à ce que cela conduise à d'autres avancées sur toute la ligne.
À l'heure actuelle, l'équipe de Gervasio examine différents types d'additifs à l'alcool qui dissolvent l'oxyde de bore aussi bien ou mieux que l'éthylène glycol. Il estime qu'il pourrait s'écouler environ cinq ans avant que son système ne soit intégré à un ordinateur portable grand public. Mais la balle est lancée : il a déposé un certain nombre de brevets sur la technologie et est en pourparlers avec les fabricants d'appareils au sujet de ses récentes avancées. J'ai beaucoup d'espoir pour cela, dit-il.