Révolutionner les piles à combustible à l’hydrogène : de nouveaux matériaux ioniques améliorent grandement l’efficacité

Patrick Lesggie




Hydrogen Fuel Cells and Solid Electrolyte Breakthrough for Sustainable Energy Solutions

Des chercheurs ont réalisé une percée dans la technologie des piles à combustible à hydrogène en développant des matériaux d’électrolyte solide à l’aide de cadres organométalliques (MOF). Cette approche améliore considérablement la conductivité des ions hydrogène. L’utilisation innovante par l’équipe de molécules hôtes à faible acidité au sein des MOF a conduit à des matériaux présentant une conductivité et une durabilité élevées. Cette avancée promet d’améliorer l’efficacité des piles à combustible à hydrogène, contribuant ainsi à des solutions énergétiques durables.

Un groupe de scientifiques associés à l’UNIST a réalisé une percée significative dans l’amélioration de l’efficacité des piles à combustible à hydrogène, qui suscitent un intérêt croissant en tant que sources d’énergie de nouvelle génération respectueuses de l’environnement.

Sous la direction du professeur Myoung Soo Lah du Département de chimie de l’UNIST, l’équipe a réussi à développer des matériaux d’électrolyte solide utilisant des cadres organométalliques (MOF). Cette approche innovante améliore considérablement la conductivité des ions hydrogène à l’intérieur de l’électrolyte solide utilisé dans les piles à combustible à hydrogène. De plus, l’équipe de recherche a introduit des molécules hôtes à faible acidité, marquant une percée révolutionnaire parmi les intermédiaires utilisés à cet effet. En mettant en œuvre une nouvelle méthodologie qui augmente le nombre de molécules hôtes à l’intérieur des pores des MOF, ils ont amélioré la conductivité des ions hydrogène.

Piles à combustible à hydrogène et limitations actuelles

Les piles à combustible à hydrogène sont des dispositifs de génération d’énergie hautement efficaces et respectueux de l’environnement qui convertissent directement l’énergie chimique issue des réactions entre l’hydrogène et l’oxygène en énergie électrique. Actuellement, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons utilisent principalement le Nafion comme matériau d’électrolyte en raison de sa stabilité thermique, mécanique et chimique ainsi que de sa conductivité ionique élevée. Cependant, ces systèmes présentent des limites en ce qui concerne leur plage de température de fonctionnement et manquent de clarté sur leurs mécanismes d’amélioration des performances.

L’équipe de recherche s’est tournée vers les MOF comme alternatives potentielles. Les MOF sont des matériaux composés de grappes métalliques interconnectées par des ligands organiques pour former une structure poreuse. Avec d’excellentes propriétés de stabilité chimique et thermique, les MOF ont récemment suscité un intérêt considérable pour une utilisation dans les applications de piles à combustible. De plus, lorsqu’ils sont générés, les MOF possèdent des pores de tailles variables qui peuvent être utilisés pour développer des matériaux présentant une conductivité élevée des ions hydrogène en introduisant des molécules hôtes à travers ces canaux.

Méthodologie et résultats révolutionnaires

Dans cette étude menée par l’équipe de recherche à l’UNIST dirigée par les membres du groupe du professeur Myoung Soo Lah, de l’acide sulfamique zwitterionique – une substance ionique amphotère à faible acidité possédant à la fois des charges positives et négatives – a été introduit en tant que molécules hôtes dans deux types de MOF, à savoir MOF-808 et MIL-101. L’acide sulfamique, une molécule hôte dotée de capacités exceptionnelles de liaison hydrogène sous diverses formes, agit efficacement en tant que support pour le transfert d’ions hydrogène. En augmentant la quantité d’acide sulfamique à l’intérieur des pores des MOF, l’équipe a réussi à développer des matériaux présentant une conductivité élevée des ions hydrogène (atteignant des niveaux de 10-1 Scm-1 ou plus). De plus, ces matériaux ont fait preuve d’une durabilité remarquable, maintenant la conductivité des ions hydrogène sur une période prolongée.

Les résultats de la recherche offrent une immense promesse pour améliorer l’efficacité et les performances des piles à combustible à hydrogène grâce à l’utilisation de cadres organométalliques. Cette percée contribue à accélérer les progrès vers des solutions énergétiques durables dans le cadre des efforts mondiaux en faveur de la décarbonisation.