La pile à combustible… Cette alternative prometteuse à la batterie fait chauffer les méninges des chercheurs depuis longtemps, sans vraiment parvenir à s’imposer. Une équipe de la Michigan Technological University vient d’en créer un nouveau type qui pourrait s’avérer bien plus efficace que ses prédécesseurs.
La prouesse revendiquée par les chercheurs est d’avoir réussi à « concevoir un tout nouveau type de pile à combustible : une pile à combustible solide super-structurée au carbonate (CSSFC) ». À moins d’être un fin connaisseur, cette première explication n’est pas très éclairante. Revenons d’abord sur cette notion de « pile à combustible » pour mieux comprendre en quoi elle est intéressante. Il s’agit d’un dispositif qui remplit peu ou prou la même fonction qu’une pile classique, mais qui fonctionne pourtant assez différemment. En effet, la pile à combustible ne tombe pas à court d’énergie, et n’a pas non plus besoin d’être rechargée. Elle est en mesure de produire de l’énergie tant qu’elle est alimentée en carburant. Elle peut être utilisée dans beaucoup de contextes différents et a de très faibles émissions voire n’en produit pas du tout.
Si elles sont si merveilleuses, pourquoi n’avons-nous pas des piles à combustible partout ? Comme le soulignent les scientifiques, leur technologie présente tout de même des défauts. La plus évidente est qu’elles sont souvent insuffisantes en matière de performance. Le procédé utilisé pour produire l’énergie est également assez coûteux et complexe, et leur durabilité est limitée, affirment les chercheurs.
« Yun Hang Hu, chercheur à l’université technologique du Michigan, et deux étudiants diplômés, Hanrui Su et Wei Zhang, ont relevé ces défis, modifiant la trajectoire conventionnelle d’une pile à combustible en créant une interface entre l’électrolyte et le carbonate fondu qui sert de canal ultrarapide pour le transfert des ions d’oxygène », explique un communiqué de la Michigan Technological University.
Les piles à combustible à carbonate fondu, ou MCFC, sont déjà parmi les plus performantes des piles à combustible existantes. Dans une pile à combustible, quelle qu’elle soit, on retrouve certains éléments. En effet, elle est composée de deux électrodes (les bornes « + » et « -« ) : une anode, et une cathode. L’anode « oxyde » le combustible, et émet des électrons. Ceux-ci traversent la pile vers la cathode, qui les collecte. Un « électrolyte » sépare ces deux pôles. Il s’agit d’une substance conductrice qui a pour objectif de faciliter le passage des ions et de les « forcer » à passer dans un circuit qui permet de produire l’électricité. Dans une MCFC, on trouve notamment des sels de carbonate fondus, associés à un électrolyte.
En résumé, les scientifiques ont donc trouvé un moyen de faire en sorte que les ions circulent beaucoup plus efficacement dans la pile. Mais cela n’est pas tout : ils affirment également que leur système peut fonctionner avec différents carburants, incluant du méthane, ou d’autres hydrocarbures. Cette nouvelle pile offrirait également une plus grande durabilité et un meilleur rendement de conversion énergétique à des températures de fonctionnement plus basses que les piles habituelles.
Une température d’utilisation beaucoup plus basse
En effet, « la température de fonctionnement d’une pile à combustible à oxyde solide classique est généralement de 800 degrés Celsius ou plus, car le transfert d’ions dans un électrolyte solide est très lent à une température inférieure », explique Yun Hang Hu, auteur principal de l’étude. « En revanche, l’électrolyte superstructuré de la CSSFC peut assurer un transfert d’ions rapide à 550 degrés Celsius ou moins, voire à 470 degrés Celsius », ajoute-t-il. Pour lui, cette température plus basse promet des coûts de production d’énergie moins élevés, une plus grande efficacité et rendrait aussi le dispositif plus sûr à utiliser.
Des essais ont également montré une « tension de circuit ouvert (OCV) sans précédent, ce qui indique l’absence de perte de courant et une efficacité de conversion d’énergie élevée », précise le communiqué. Les chercheurs estiment que le rendement énergétique pourrait atteindre les 60%, et notent qu’en comparaison, le rendement énergétique moyen d’un moteur à combustion se situe entre 35 et 30%. Dans le cadre d’une utilisation pour des véhicules, cela signifie que l’on pourrait fortement réduire les émissions de dioxyde de carbone.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
les neutrons, constitue les atomes. C’est donc l’un des composants
principaux de la matière baryonique. À ce titre, il revêt... [...]