Un nouveau matériau permet d'améliorer les batteries et les piles à combustible à base d'hydrogène
L'attente est terminée : "Nous avons franchi une étape importante"
Des chercheurs dirigés par Genki Kobayashi au RIKEN Cluster for Pioneering Research au Japon ont mis au point un électrolyte solide pour transporter les ions hydrure (H-) à température ambiante. Cette percée signifie que les avantages des batteries et des piles à combustible à l'état solide basées sur l'hydrogène sont à portée de main, y compris l'amélioration de la sécurité, de l'efficacité et de la densité énergétique, qui sont essentielles pour progresser vers une économie énergétique pratique basée sur l'hydrogène .
Schéma d'une pile à combustible à l'état solide fabriquée à partir du nouveau matériau et du titane. Le résultat de la réaction de décharge galvanostatique a montré que l'électrode de Ti était complètement hydrogénée en TiH2 pour x ≥ 0,2.
RIKEN
Pour que le stockage de l'énergie et les carburants à base d'hydrogène se généralisent, il faut qu'ils soient sûrs, très efficaces et aussi simples que possible. Les piles à combustible à base d'hydrogène actuellement utilisées dans les voitures électriques fonctionnent en permettant aux protons d'hydrogène de passer d'un bout à l'autre de la pile à combustible à travers une membrane polymère pour produire de l'énergie. Le mouvement efficace et rapide de l'hydrogène dans ces piles à combustible nécessite de l'eau, ce qui signifie que la membrane doit être continuellement hydratée pour ne pas se dessécher. Cette contrainte ajoute une couche supplémentaire de complexité et de coût à la conception des batteries et des piles à combustible, ce qui limite l'aspect pratique d'une économie énergétique basée sur l'hydrogène de la prochaine génération. Pour surmonter ce problème, les scientifiques se sont efforcés de trouver un moyen de conduire les ions hydrures négatifs à travers des matériaux solides, en particulier à température ambiante.
L'attente est terminée. "Nous avons franchi une véritable étape", déclare M. Kobayashi. "Notre résultat est la première démonstration d'un électrolyte solide conducteur d'ions hydrure à température ambiante".
L'équipe a expérimenté les hydrures de lanthane (LaH3-δ) pour plusieurs raisons : l'hydrogène peut être libéré et capturé relativement facilement, la conduction des ions hydrures est très élevée, ces hydrures peuvent fonctionner à moins de 100 °C et possèdent une structure cristalline. Mais à température ambiante, le nombre d'hydrogènes attachés au lanthane fluctue entre 2 et 3, ce qui rend impossible une conduction efficace. Ce problème, appelé non-stœchiométrie de l'hydrogène, a été le principal obstacle surmonté dans la nouvelle étude. Lorsque les chercheurs ont remplacé une partie du lanthane par du strontium (Sr) et ajouté une pincée d'oxygène - pour une formule de base La1-xSrxH3-x-2yOy- ils ont obtenu les résultats qu'ils espéraient.
L'équipe a préparé des échantillons cristallins du matériau en utilisant un processus appelé broyage à billes, suivi d'un recuit. Ils ont étudié les échantillons à température ambiante et ont constaté qu'ils pouvaient conduire les ions hydrure à un taux élevé. Ils ont ensuite testé ses performances dans une pile à combustible à l'état solide fabriquée à partir du nouveau matériau et du titane, en faisant varier les quantités de strontium et d'oxygène dans la formule. Avec une valeur optimale d'au moins 0,2 strontium, ils ont observé une conversion totale de 100 % du titane en hydrure de titane, ou TiH2. Cela signifie que presque aucun ion hydrure n'a été gaspillé.
"À court terme, nos résultats fournissent des lignes directrices pour la conception de matériaux pour les électrolytes solides conducteurs d'ions hydrure", déclare Kobayashi. "À long terme, nous pensons qu'il s'agit d'un point d'inflexion dans le développement de batteries, de piles à combustible et de cellules électrolytiques fonctionnant à l'hydrogène. La prochaine étape consistera à améliorer les performances et à créer des matériaux d'électrode capables d'absorber et de libérer l'hydrogène de manière réversible. Cela permettrait de recharger les batteries, de stocker l'hydrogène et de le libérer facilement en cas de besoin, ce qui est une exigence pour l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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