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    Effets de la longueur de l'agent de réticulation sur les piles à combustible à membrane échangeuse d'anions

    Les progrès de la technologie des piles à combustible nous aideront à réduire considérablement notre utilisation de combustibles fossiles pour produire de l'électricité, conduisant à moins de pollution de l'air. Crédit :Chris LeBoutillier sur Pexels

    Piles à combustible à membrane échangeuse d'anions (AEMFC), qui produisent de l'électricité à partir d'hydrogène, sont considérées comme une alternative aux piles à combustible à membrane échangeuse de protons actuellement utilisées. Cependant, Les AEM ont des problèmes de stabilité dans des conditions alcalines, qui peut être surmonté par réticulation. Mais les effets de la longueur de l'agent de réticulation sur les performances de l'AEMFC ne sont pas bien compris. Maintenant, Des scientifiques coréens ont élucidé de tels effets pour les agents de réticulation contenant de l'oxygène. En utilisant un réticulant d'une longueur optimale, ils ont produit un nouveau AEMFC avec de meilleures performances.

    De nombreux efforts sont déployés dans le monde pour remplacer les combustibles fossiles par des alternatives plus vertes. Hydrogène (H 2 ) est une option prometteuse qui est actuellement à l'honneur ; il peut être utilisé pour produire de l'électricité dans des piles à combustible avec de l'eau générée comme seul sous-produit. Cependant, la technologie n'est pas tout à fait prête pour la commercialisation car les piles à combustible à membrane échangeuse de protons, le type le plus étudié, souffrent de coûts élevés et de problèmes de stabilité.

    En revanche, Les piles à combustible à membrane échangeuse d'anions (AEM) utilisent des catalyseurs moins chers et peuvent offrir des performances supérieures. Dans ces cellules, ions hydroxyde (OH - ) circulent à la place des protons grâce à l'utilisation d'un électrolyte polymère composé d'un squelette polymère et de groupes conducteurs d'ions. Une façon d'améliorer les propriétés de ces électrolytes consiste à réticuler, c'est-à-dire à lier physiquement ou chimiquement les unités polymères les unes aux autres par le biais de chaînes latérales moléculaires.

    Bien que les agents de réticulation contenant de l'oxygène améliorent la stabilité et la conductivité ionique des MAE en raison de leur hydrophilie, ou affinité pour l'eau, les effets de la longueur du réticulant, qui définit le nombre d'atomes d'oxygène, ne sont pas compris en détail.

    Pour mieux comprendre ce problème, des scientifiques de l'Université nationale d'Incheon ont récemment mené une étude dans laquelle ils ont préparé de longs polymères AEM avec des groupes conducteurs d'ions ammonium et ont lié ces molécules ensemble à l'aide d'agents de réticulation contenant de l'oxyde d'éthylène de différentes longueurs. Grâce à une grande variété d'expériences, ils ont comparé des MAE avec différentes longueurs de réticulant en termes de propriétés mécaniques et thermiques, capacité de rétention d'eau, OH - conductivité ionique, morphologie et stabilité. Leurs conclusions sont publiées dans le Journal de la science des membranes , une revue de premier plan dans le domaine de la science des polymères.

    Les expériences ont aidé les scientifiques à élucider les mécanismes par lesquels une longueur excessive d'agent de réticulation peut finalement dégrader les performances des MAE. Professeur Tae Hyun Kim, qui a dirigé l'étude, explique : « Même s'il était facile de prédire que les agents de réticulation contenant de l'oxygène augmenteraient l'hydrophilie et conduiraient peut-être à une meilleure conductivité ionique, nos résultats révèlent qu'un trop grand nombre d'unités d'oxygène répétées augmente la cristallinité - ou le degré d'ordre - du matériau résultant. À son tour, cela réduit en fait l'hydrophilie et compromet en fin de compte de nombreuses propriétés physico-chimiques de l'AEM."

    Après avoir établi la longueur optimale pour leur réticulant, les chercheurs ont préparé une pile à combustible AEM et ont constaté que les performances résultantes étaient nettement meilleures que lors de l'utilisation d'AEM sans agents de réticulation contenant de l'oxygène. Enthousiasmé par les résultats, Le professeur Kim a dit :« Le principal point à retenir de notre étude est que l'ajout de molécules à haute affinité pour l'eau, comme l'oxyde d'éthylène, aux agents de réticulation de longueur optimale est une stratégie valable pour améliorer les propriétés fondamentales des MAE et leurs performances dans les piles à combustible réelles.

    Bien qu'il y ait encore place à l'amélioration avant que les piles à combustible AEM puissent être utilisées efficacement dans la pratique et commercialisées, cette étude fait un pas de plus vers la vulgarisation des sources d'énergie écologiques de nouvelle génération.


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