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Une pile à combustible cool
Un nouvel électrolyte pour piles à combustible à oxyde solide, fabriqué par des chercheurs espagnols, fonctionne à des températures de plusieurs centaines de degrés inférieures à celles des électrolytes conventionnels, ce qui pourrait contribuer à rendre ces piles à combustible plus pratiques.
Cristaux conducteurs : Une image au microscope électronique à transmission à balayage montre la structure cristalline d'un nouveau matériau électrolytique pour les piles à combustible à oxyde solide qui fonctionne bien à température ambiante.
Jacobo Santamaria , du département de physique appliquée de l'Université Complutense de Madrid, en Espagne, et ses collègues ont modifié un électrolyte de zircone stabilisé à l'yttria, un type d'électrolyte courant dans les piles à combustible à oxyde solide, afin qu'il fonctionne juste au-dessus de la température ambiante . Ordinairement, de tels électrolytes nécessitent des températures supérieures à 700 °C. Combiné aux améliorations apportées aux électrodes des piles à combustible, cela pourrait abaisser la température à laquelle ces piles à combustible fonctionnent.
Les piles à combustible à oxyde solide sont prometteuses pour les centrales électriques de nouvelle génération car elles sont plus efficaces que les générateurs conventionnels, tels que les turbines à vapeur, et elles peuvent utiliser une plus grande variété de combustibles que les autres piles à combustible. Ils peuvent produire de l'électricité avec de l'essence, du diesel, du gaz naturel et de l'hydrogène, entre autres carburants. Mais les températures élevées requises pour un fonctionnement efficace rendent les piles à combustible à oxyde solide coûteuses et limitent leurs applications. L'électrolyte à basse température rapporté par les chercheurs espagnols pourrait être une énorme amélioration pour les piles à combustible à oxyde solide, dit Eric Wachsman , directeur du Florida Institute for Sustainable Energy, à l'Université de Floride.
Dans une pile à combustible à oxyde solide, l'oxygène est introduit dans une électrode et le combustible est introduit dans l'autre. L'électrolyte permet aux ions oxygène de migrer d'une électrode à l'autre, où ils se combinent avec le combustible ; dans le cas le plus simple, où l'hydrogène est le carburant, celui-ci produit de l'eau et libère des électrons. L'électrolyte empêche les électrons de retourner directement du côté oxygène de la pile à combustible, les forçant à la place à voyager à travers un circuit externe, générant de l'électricité. Par cette route sinueuse, ils finissent par trouver leur chemin vers l'électrode à oxygène, où ils se combinent avec l'oxygène gazeux pour former des ions oxygène, perpétuant ainsi le cycle.
L'électrolyte, qui est un matériau solide, ne conduit généralement les ions qu'à haute température. Santamaria, s'appuyant sur des travaux antérieurs d'autres chercheurs, a découvert que la conductivité ionique à basse température pouvait être considérablement améliorée en combinant des couches de matériaux électrolytiques standard avec des couches de titanate de strontium de 10 nanomètres d'épaisseur. Il a découvert qu'en raison des différences dans les structures cristallines des matériaux, un grand nombre de lacunes d'oxygène - des endroits dans les structures cristallines des matériaux qui hébergeraient normalement un atome d'oxygène - se sont formées là où ces deux matériaux se rencontrent. Ces lacunes forment des voies qui permettent aux ions d'oxygène de se déplacer à travers le matériau, améliorant la conductivité des matériaux à température ambiante d'un facteur 100 millions.
Le matériau est encore loin d'être incorporé dans les piles à combustible commerciales. D'une part, la grande amélioration de la conductivité ionique nécessitera une vérification supplémentaire, dit Wachsman, en particulier à la lumière de la difficulté de mesurer les performances de matériaux extrêmement minces. Deuxièmement, la direction de la conductivité améliorée - le long du plan du matériau plutôt que perpendiculairement à celui-ci - nécessitera une refonte des piles à combustible d'aujourd'hui. De plus, le facteur limitant de la température dans les piles à combustible est désormais le matériau des électrodes. Avant que les piles à combustible à oxyde solide à température ambiante soient possibles, celles-ci devront également être améliorées.
Pourtant, si les premiers résultats sont confirmés par de futures recherches, les nouveaux matériaux représenteront une avancée significative. Ivan Schuller , professeur de physique à l'Université de Californie à San Diego, affirme que cela représente un changement majeur dans les performances des électrolytes. Il ajoute, Cela motivera sûrement beaucoup de nouveaux travaux par d'autres.