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Une micro-pile à combustible cool
Les piles à combustible à oxyde solide fonctionnent efficacement avec une grande variété de carburants et de biocarburants conventionnels, mais leurs températures de fonctionnement élevées ont limité leurs applications. De nombreux chercheurs travaillent sur ce problème, développant de nouveaux matériaux d'électrode et d'électrolyte qui fonctionnent à des températures plus basses sans compromettre les performances. Aujourd'hui, des chercheurs japonais ont fait la démonstration d'une micropile à combustible haute performance qui fonctionne à des températures plus basses, grâce à une électrode restructurée.
Carburant froid : Cette pile à combustible à oxyde solide a une puissance de sortie d'un watt à 600 degrés Celsius et un diamètre d'environ deux millimètres. Sa taille et sa température de fonctionnement pourraient en faire une source d'alimentation appropriée pour les appareils portables à démarrage rapide.
La cellule convient aux sources d'alimentation portables, qui nécessitent un démarrage rapide, ainsi qu'à une alimentation auxiliaire pour les automobiles, explique Toshio Suzuki, chercheur à l'Institut national japonais de Science et technologie industrielles avancées . Suzuki a dirigé le développement de la nouvelle pile à combustible, qui est décrite aujourd'hui dans le journal La science . La cellule est en forme de tube et d'environ deux millimètres de diamètre ; sa puissance de sortie est d'environ un watt à 600 degrés Celsius. Les piles à combustible à oxyde solide classiques fonctionnent à des températures supérieures à 700 degrés.
Les piles à combustible à oxyde solide génèrent un courant électrique en tirant l'oxygène de l'air et en l'utilisant pour oxyder le carburant. L'oxygène passe par le côté cathode, le carburant par le côté anode ; les deux réagissent dans l'électrolyte et forment de l'eau et du dioxyde de carbone comme déchets, selon le type de combustible. Cette réaction est plus efficace que les générateurs conventionnels. Les piles à combustible à oxyde solide sont également plus efficaces que l'autre type de pile à combustible prédominant, qui utilise des catalyseurs au platine coûteux et une membrane polymère qui peut être contaminée, et ne fonctionne qu'avec de l'hydrogène.
Les piles à combustible à oxyde solide sont plus flexibles, plus puissantes et n'ont pas le problème d'être contaminées, dit Eric Wachsman , directeur du Florida Institute for Sustainable Energy et titulaire de la chaire de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Floride. Le problème avec ces appareils, dit Wachsman, ce sont les températures de fonctionnement. Cela signifie qu'un long temps de préchauffage peut être nécessaire et que vous ne pouvez pas en utiliser un dans un téléphone portable. Les températures élevées entraînent également l'usure de la cellule de la batterie.
Le groupe de Suzuki a créé une source d'alimentation avec une température de fonctionnement plus basse en améliorant la structure de l'anode, où le carburant entre en jeu. Le groupe japonais a utilisé des techniques conventionnelles telles que la lithographie et la gravure pour fabriquer des anodes avec divers degrés de porosité. L'anode la plus performante était une structure très poreuse à base d'oxyde de nickel, un matériau classique pour ces électrodes. Suzuki affirme avoir choisi d'utiliser des matériaux existants car leurs performances dans le temps ont été prouvées. Ce sont des matériaux fiables pour une stabilité à long terme et présentent un avantage de coût par rapport à d'autres nouveaux matériaux pour les piles à combustible à oxyde solide à basse température, explique-t-il.
La performance est sans aucun doute assez bonne, dit Harry Tuller , professeur de céramique et de matériaux électroniques au MIT. Il s'agit d'une belle étude systématique montrant l'impact évolutif des améliorations démontrées dans l'électrode, dit-il. Cependant, Tuller prévient que les électrodes et l'électrolyte sont dopés avec de petites quantités de matériaux coûteux, ce qui pourrait ajouter des dépenses aux cellules. L'anode contient, en plus de l'oxyde de nickel, une petite quantité de l'élément rare scandium.
Wachsman dit qu'il est difficile de faire baisser la température de fonctionnement de ces cellules sans compromettre la puissance de sortie. Il travaille également sur de nouvelles structures d'électrodes pour piles à combustible à oxyde solide. En utilisant un ensemble différent de matériaux et une approche similaire, Wachsman a récemment démontré une pile à combustible avec une anode restructurée et un nouvel électrolyte pour une puissance de deux watts par centimètre carré à 650 degrés. Ce travail est décrit dans la revue Communications électrochimiques .
Suzuki dit que son groupe est en pourparlers avec plusieurs sociétés au sujet de la commercialisation des cellules.