Vers des piles à combustible plus efficaces avec l'électrode rainurée

L’univers de l’énergie propre est sur le point d’accueillir une avancée technologique révolutionnaire. Une nouvelle technique prometteuse de piles à combustible à hydrogène présente une performance jusqu’à 50% supérieure à celle de la technologie actuelle. En prime, elle offre une durabilité améliorée.

Selon Jacob Spendelow, scientifique spécialisé dans les matériaux au sein de l’équipe du Laboratoire National de Los Alamos, ce sont les progrès dans la conception des électrodes rainurées qui pourraient optimiser la technologie des piles à combustible pour une mobilité lourde et moyenne totalement exempt d’émissions.

Des modifications subtilement ingénieuses pour une meilleure performance

Jacob Spendelow et son équipe ont avancé une théorie selon laquelle le réaménagement de la conception des électrodes pourrait conduire à une performance améliorée. L’étude a montré que les nouveaux matériaux ne sont pas la seule voie vers une meilleure performance. Il a été démontré que la façon dont ces matériaux sont assemblés peut avoir autant d’importance.

En modifiant simplement la micro-architecture des matériaux commerciaux conventionnels, l’équipe de recherche a réussi à obtenir une performance nettement améliorée.

Un design qui optimise l’efficacité et la durabilité

Les piles à combustible sont des dispositifs dans lesquels l’hydrogène et l’oxygène réagissent de manière électrochimique pour produire un courant électrique capable d’alimenter un dispositif externe, comme un moteur électrique. Ces réactions électrochimiques ont lieu au sein des électrodes de la pile à combustible.

L’équipe a développé une conception d’électrode rainurée qui améliore l’efficacité du transport de l’oxygène et des protons à travers le dispositif. La structure de l’électrode se compose de nervures de catalyseur à haute teneur en ionomère, séparées par des rainures vides, que les protons et l’oxygène utilisent comme voies pour traverser le système plus efficacement.

L’approche de l’électrode rainurée est l’une des nombreuses conceptions novatrices de piles à combustible sur lesquelles le programme de piles à combustible de Los Alamos travaille. L’équipe continuera à développer ce design, en cherchant notamment à s’engager dans la recherche et le développement spécifiques à la fabrication.

Leur objectif à long terme est de mettre à l’échelle la fabrication pour l’implanter dans une installation de fabrication en rouleau, avec une fabrication rapide et à faible coût.

En synthèse

La technologie des piles à combustible à hydrogène présente un potentiel de transformation pour les secteurs du transport lourd et moyen, souvent difficiles à décarboner. La nouvelle conception d’électrode rainurée améliore la performance de ces piles jusqu’à 50%, offrant un grand espoir pour une transition énergétique plus verte.

FAQ

Qu’est-ce que la technologie des piles à combustible à hydrogène ?

La technologie des piles à combustible à hydrogène est une solution énergétique qui utilise l’hydrogène comme carburant. Dans une pile à combustible, l’hydrogène et l’oxygène réagissent de manière électrochimique pour produire un courant électrique capable d’alimenter un dispositif externe, comme un moteur électrique. Cette technologie représente une option de conception de moteur sans émission qui pourrait transformer le secteur du transport moyen et lourd.

Qu’est-ce qui rend cette nouvelle conception d’électrode innovante ?

La nouvelle conception d’électrode est innovante en raison de son architecture particulière. Elle se compose de nervures de catalyseur à haute teneur en ionomère, séparées par des rainures vides. Ces rainures vides agissent comme des chemins que les protons et l’oxygène utilisent pour se déplacer à travers le système plus efficacement. Cela améliore l’efficacité avec laquelle l’oxygène et les protons sont transportés à travers le dispositif, permettant à la pile à combustible de fonctionner de manière plus performante.

Comment cette technologie peut-elle aider à décarboner le secteur des transports ?

Le secteur des transports, en particulier le transport moyen et lourd, est l’un des principaux contributeurs aux émissions de gaz à effet de serre. Les piles à combustible à hydrogène, étant une technologie sans émission, offrent une alternative plus propre aux moteurs traditionnels fonctionnant aux combustibles fossiles. De plus, la nouvelle conception d’électrode, avec sa performance améliorée de 50%, rend cette technologie plus attrayante pour une utilisation dans le secteur des transports, accélérant potentiellement la transition vers des options de transport plus vertes.

Article : « Grooved electrodes for high-power-density fuel cells », Nature Energy. DOI: 10.1038/s41560-023-01263-2

Financement : Ce travail a été soutenu par le Bureau des technologies de l’hydrogène et des piles à combustible, Bureau de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables, Département de l’énergie des États-Unis, par l’intermédiaire du consortium Million Mile Fuel Cell Truck (M2FCT) ; par le programme Laboratory Directed Research and Development du Laboratoire national de Los Alamos ; par le financement du Center for Integrated Nanotechnologies et du Center for Nanophase Materials Sciences du Laboratoire national d’Oak Ridge par le Bureau de la science du Département de l’énergie des États-Unis.

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