Les piles à combustible en céramique protonique pourraient un jour être utilisées pour alimenter des cabines hors réseau dans des endroits éloignés, générateurs de secours lors de catastrophes naturelles et plus encore.

Dans la première étude à long terme de ce genre, des chercheurs de la Colorado School of Mines ont montré que la classe relativement nouvelle de piles à combustible présente à la fois la durabilité à long terme et la flexibilité du combustible nécessaires pour devenir une alternative commerciale viable aux autres technologies de piles à combustible existantes.

Dans tout, les chercheurs ont testé 11 carburants différents – hydrogène, méthane, gaz naturel domestique (avec et sans hydrogène sulfuré), propane, n-butane, i-butane, iso-octane, méthanol, éthanol et ammoniac - démontrant d'excellentes performances et une durabilité exceptionnelle sur tous les types de carburant sur des milliers d'heures de fonctionnement. Leurs découvertes, "Très résistant, tolérant à la cokéfaction et au soufre, piles à combustible en céramique protonique flexibles en combustible, " ont été publiés aujourd'hui par la revue La nature .

« Les piles à combustible en céramique protonique (PCFC) sont très flexibles en matière de carburant. Nous pouvons les alimenter avec toutes sortes de combustibles du monde réel et produire de l'électricité, " a déclaré Ryan O'Hayre, professeur de génie métallurgique et des matériaux et co-auteur principal de l'article avec Mines Ph.D. candidat Chuancheng Duan. "C'est très différent des autres piles à combustible qui ne fonctionnent qu'à l'hydrogène. Certaines piles à combustible à oxyde solide (SOFC) à haute température fonctionneront également avec d'autres carburants, mais elles sont très pointilleuses - si vous les alimentez avec des carburants autres que l'hydrogène, ils sont sensibles à la contamination et à la dégradation, et leurs performances chutent rapidement avec le temps. Nos piles à combustible n'ont pas rencontré ces problèmes lors des tests à long terme. »

"Personne ne peut se faire livrer de l'hydrogène à sa porte très facilement, " O'Hayre a ajouté. " Mais vous pouvez descendre la route vers le 7-Eleven et prendre un réservoir de propane. "

Les céramiques protoniques sont un nouveau venu dans le monde des piles à combustible, le matériel n'ayant été découvert au Japon qu'en 1980. Ce n'est qu'à la fin des années 1980 et au début des années 1990, bien que, que la technologie a commencé à être acceptée, et au cours des huit dernières années seulement, les chercheurs ont fait des progrès majeurs dans la résolution des problèmes de stabilité et la fabrication des membranes denses nécessaires pour alimenter un appareil, dit O'Hayre.

Les tests de performance menés aux Mines ont duré 10 fois plus longtemps que tout effort précédent, dit O'Hayre. Pour les épreuves, Duan a conçu et construit un système de test de piles à combustible où il pouvait tester simultanément sept piles utilisant différents combustibles pendant des milliers d'heures. La configuration a nécessité un suivi attentif pendant près de deux ans.

"Le test le plus long était de 8, 000 heures, qui est presque une année entière, " Duan a déclaré. "Le taux de dégradation de la plupart des piles à combustible était inférieur à 3 pour cent par 1, 000 heures, qui répond aux exigences des produits commerciaux.

Le développement d'une technologie de pile à combustible hautement durable pouvant utiliser directement le gaz naturel et les hydrocarbures est essentiel pour la commercialisation, dit Duan.

Les chercheurs des mines travaillent maintenant avec Fuel Cell Energy, une entreprise de piles à combustible basée au Connecticut, pour étendre la technologie à l'échelle du laboratoire et développer un prototype pré-commercial qui pourrait fournir la quantité d'électricité nécessaire pour alimenter un camping-car ou une cabine éloignée, avec un financement de l'Agence des projets de recherche avancée du département de l'Énergie des États-Unis (ARPA-E).

« Sur la base de nos travaux et réalisations actuels, il est temps de collaborer avec un partenaire industriel pour fabriquer des produits commerciaux, " dit Duan. " En trois ans, il y aura une pile PCFC au gaz naturel direct de 500 watts développée sur la base de notre technologie. En moins de 10 ans, il y aura une pile PCFC de 1 kilowatt qui pourrait servir d'alimentation électrique domestique, l'alimentation de secours pour les bureaux ou les stations de base mobiles."

« C'est un excellent exemple des collaborations fructueuses entre Mines et CoorsTek, catalysées en partie par leur soutien principal au nouveau Centre CoorsTek pour les sciences appliquées et l'ingénierie sur le campus, " a déclaré O'Hayre. " David Hook de CoorsTek a dirigé des études XRD à haute température qui nous ont aidés à mieux comprendre le comportement à haute température de notre membrane céramique protonique. "