An energy breakthrough: Tech researchers create new type of fuel cell
AAUne percée énergétique : des chercheurs en technologie créent un nouveau type de pile à combustible
par Kimberly Geiger, Université technologique du Michigan
(A) Schéma de la SOFC conventionnelle, de la SOFC poreuse et de la CSSFC. (B) Les performances I-V-P de différentes configurations de piles à combustible avec Ni-BZCYYb comme anodes fonctionnant sur CH4 à 550 °C. (C) Le tracé d'Arrhenius dépendant de la température des conductivités ioniques de l'oxygène de différents électrolytes avec ou sans modification de carbonate. (D) Parcelles DSC de différents électrolytes dans l'atmosphère Ar. Crédit : Actes de l'Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2208750119
Comme les batteries, les piles à combustible produisent de l'énergie par un processus électrochimique. Contrairement aux batteries, elles ne se déchargent pas et ne nécessitent pas de recharge. Cependant, les avantages potentiels des piles à combustible sont compensés par des défis tels que le coût, les performances et la durabilité.
Le chercheur de la Michigan Technological University, Yun Hang Hu, et deux étudiants diplômés, Hanrui Su et Wei Zhang, ont relevé ces défis, modifiant le chemin conventionnel d'une pile à combustible en créant une interface entre l'électrolyte et le carbonate fondu comme canal ultrarapide pour le transfert d'ions oxygène.
"Cela nous a permis d'inventer un tout nouveau type de pile à combustible, une pile à combustible solide à superstructure carbonatée (CSSFC)", a déclaré Hu, titulaire de la chaire de recherche Charles et Carroll McArthur en science et génie des matériaux au Département de science des matériaux. et ingénierie à Michigan Tech.
Comme les autres piles à combustible, les CSSFC ont un large éventail d'utilisations potentielles, allant de la fourniture d'énergie pour faire fonctionner les véhicules à pile à combustible et la production d'électricité domestique à des centrales électriques entières. Étant donné que les CSSFC sont flexibles en matière de carburant, elles offrent une durabilité et une efficacité de conversion d'énergie supérieures à des températures de fonctionnement plus basses que les autres types de piles à combustible.
La plupart des piles à combustible sont alimentées par de l'hydrogène, généralement produit à partir de composés contenant de l'hydrogène, le plus souvent du méthane, via un processus coûteux appelé reformage. Mais le CSSFC développé dans le laboratoire de Hu peut utiliser directement du méthane ou d'autres hydrocarbures.
Hu a déclaré que la flexibilité du carburant est particulièrement intéressante pour les applications commerciales. De plus, les performances électrochimiques de la nouvelle pile à combustible à des températures de fonctionnement plus basses offrent plusieurs autres avantages. "La température de fonctionnement d'une pile à combustible à oxyde solide conventionnelle est généralement de 800 degrés Celsius ou plus, car le transfert d'ions dans un électrolyte solide est très lent à basse température", a déclaré Hu. "En revanche, l'électrolyte superstructuré du CSSFC peut fournir un transfert d'ions rapide à 550 degrés Celsius ou moins, même aussi bas que 470 degrés Celsius."
La température de fonctionnement relativement basse offre une efficacité théorique élevée et des coûts de fabrication de cellule inférieurs. Hu a déclaré qu'il est également potentiellement plus sûr de fonctionner que d'autres piles à combustible solide.
Les tests sur le CSSFC 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.
Hu estime que le rendement énergétique du CSSFC pourrait atteindre 60 %. En comparaison, le rendement énergétique moyen d'un moteur à combustion oscille entre 35 % et 30 %. L'efficacité énergétique plus élevée du CSSFC pourrait entraîner une réduction des émissions de dioxyde de carbone dans les véhicules.
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COMMENTAIRES
Pour mes lecteurs que la chimie rebute je rappelle que la pile a combustible est d invention ancienne et son emploi par exemple dans les transports s est trés longtemps restreint a des applications ou bateries et piles étaient exclues ! Ceci dit recharger en electricité ou en combustible ou en carburabt est un handicap inévitable !
Pour les lecteurs scientifiques je précise quelques détails :
1/ structure d une pile a combustible ???
Une pile à combustible se compose de deux électrodes - une électrode négative (ou anode) et une électrode positive (ou cathode) - prises en sandwich autour d'un électrolyte.
2/Quelle est la technologie de pile à combustible la plus prometteuse ?
Les piles à combustible à hydrogène sont une option d'énergie propre prometteuse car elles génèrent efficacement de l'énergie en convertissant l'hydrogène et l'oxygène en électricité, sans émission de dioxyde de carbone, de particules et d'autres polluants atmosphériques susceptibles de causer du smog et d'autres problèmes de santé.
3/Dans quelle mesure la technologie des piles à combustible est-elle durable ?
En plus de zéro émission, l'hydrogène est un carburant durable par rapport, par exemple, aux alternatives aux carburants fossiles. Il est même écologique à produire. De nombreuses usines de production d'hydrogène fonctionnent à l'énergie solaire ou éolienne et utilisent l'électrolyse pour l'extraire de l'eau, voire de l'eau de mer.
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The research is published in the Proceedings of the National Academy of Sciences.
More information: Hanrui Su et al, Carbonate-superstructured solid fuel cells with hydrocarbon fuels, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2208750119
Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences
Provided by Michigan Technological University
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