Des chercheurs de l’université de Kumamoto (Japon) ont dévoilé un matériau électrolytique solide révolutionnaire qui pourrait bouleverser la technologie des piles à combustible. Dérivée de minéraux argileux naturels, cette membrane innovante offre une conductivité protonique élevée et des propriétés exceptionnelles de barrière à l’hydrogène gazeux, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour les piles à combustible à basse et moyenne température.
Les piles à combustible reposent traditionnellement sur des oxydes conducteurs de protons qui nécessitent des températures de fonctionnement supérieures à 500 °C, ce qui limite leur utilisation dans des applications compactes ou mobiles. Une équipe de l’Institut des nanomatériaux industriels de l’université de Kumamoto, dirigée par le professeur adjoint Kazuto Hatakeyama et le professeur Shintaro Ida, a mis au point un électrolyte solide flexible composé de nanofeuilles de silicate monocouches de formule H₀. ₃₇Al₁.₆₇Mg₀.₃₅Fe₀.₁₁Si₃.₉O₁₀(OH)₂(H₂O)₂.₆. Ce matériau atteint des conductivités protoniques de 2,3×10-3 S/cm à 10 °C, 6,2×10-3 S/cm à 100 °C et 8,7×10-3 S/cm à 140 °C sous une humidité relative de 100 %, ce qui est comparable ou supérieur aux électrolytes actuels à base de polymères tels que le Nafion.
Ce qui distingue cette membrane, c’est sa double performance : non seulement elle conduit efficacement les protons, mais elle bloque également l’hydrogène gazeux plus de 100 fois mieux que le Nafion. Cette combinaison de propriétés est essentielle pour la sécurité, l’efficacité et la longévité des piles à combustible.
Appliquée à des piles à combustible à hydrogène, la membrane a permis d’atteindre une densité de courant maximale de 1080 mA/cm² et une puissance de sortie de 264 mW/cm² à 90 °C. Plus impressionnant encore, la pile à combustible a fonctionné de manière stable dans une large plage de températures allant de -10 °C à 140 °C, ce qui la rend adaptée à la fois aux climats froids et aux environnements automobiles à forte demande.
« Il s’agit d’une avancée majeure vers des piles à combustible durables et performantes qui ne dépendent pas de matériaux coûteux ou nuisibles à l’environnement », a déclaré le professeur Ida. « La matière première, l’argile montmorillonite, étant abondante et peu coûteuse, cette technologie présente un réel potentiel pour des solutions énergétiques évolutives et respectueuses de l’environnement. »
Article : « Low-temperature fuel cells using proton-conducting silicate solid electrolyte » – DOI : 10.1039/D5TA02486B – Auteurs : Kazuto Hatakeyama,* Tatsuki Tsugawa, Haruki Watanabe, Kanako Oka, Sho Kinoshita, Keisuke Awaya, Michio Koinuma, and Shintaro Ida
Source : Université de Kumamoto
