Des investissements renouvelés dans les technologies et l'infrastructure des piles à combustible à hydrogène par des entreprises comme Amazon ; des nations comme la Chine; et des constructeurs automobiles comme Toyota, Honda, et Hyundai, suscitent des ventes et un nouvel intérêt pour les vastes possibilités des piles à combustible à électrolyte polymère. Le nouvel intérêt pourrait révolutionner les transports et remplir les rues de véhicules dont le seul effluent est la vapeur d'eau.

Mais cette vision de la propreté, voitures et camions verts est bloqué par le besoin non seulement d'investissements massifs dans les infrastructures, mais pour des processus plus efficaces dans les cellules elles-mêmes. Des innovations qui abaissent le coût de production, c'est-à-dire un prix de vignette plus bas, et qui ouvrent la porte à davantage de segments de véhicules, y compris les voitures de performance, pourrait conduire à une plus grande adoption.

Une équipe de chercheurs de la NYU Tandon School of Engineering, dirigé par Miguel Modestino, professeur de génie chimique et biomoléculaire, et Lawrence Berkeley National Laboratory a créé un nouveau matériau polymère avec le potentiel de résoudre les deux problèmes.

La recherche, « Ionomères d'acide sulfonique perfluoré hautement perméables pour des dispositifs électrochimiques améliorés :aperçu de la structure et des relations de propriété, " publié dans le Journal de l'American Chemical Society , se concentre sur un matériau hybride qui fournit de grandes quantités d'oxygène de l'atmosphère aux sites de réaction des électrodes de la cellule, générant plus de puissance, tout en réduisant la quantité de matériaux coûteux comme le platine nécessaire dans les piles à combustible, potentiellement résoudre un défi majeur de l'industrie.

Les piles à combustible à hydrogène comprennent une anode et une cathode, avec une membrane électrolytique entre eux. L'électricité est produite dans un processus par lequel l'hydrogène réagit dans l'anode et l'oxygène atmosphérique dans la cathode. Sur ce dernier site, les protons se combinent avec l'oxygène pour produire de l'électricité et de l'eau. Les polymères conducteurs d'ions (ionomères) sont utilisés pour amener les protons vers les sites de réaction où l'oxygène de l'air doit les traverser pour entraîner la réaction génératrice d'électricité.

Courant, les ionomères disponibles dans le commerce sont généralement des polymères d'acide sulfonique perfluoré (PFSA) qui comprennent un squelette linéaire en forme de chaîne composé d'une matrice de polytétrafluoroéthylène (PTFE), et des groupes d'acide sulfonique pendants attachés au squelette de PTFE qui confèrent une conductivité ionique. Bien que cette combinaison complexe, moléculairement similaire au téflon, confère une résistance mécanique élevée, la recherche montre qu'il souffre d'une faible perméabilité à l'oxygène, entraînant des pertes d'énergie importantes pour les piles à combustible.

Les chercheurs, dont Yoshi Okamoto, professeur de génie chimique et directeur du Polymer Research Institute de NYU Tandon, et Ph.D. étudiant Adlai Katzenberg, qui a fait la recherche dans le cadre d'une bourse du département de l'Énergie des États-Unis - a résolu plusieurs problèmes à la fois en remplaçant les chaînes polymères PTFE linéaires par une chaîne fluorée volumineuse, qui a ajouté plus de volume libre à la matrice, améliorant considérablement sa capacité à transporter l'oxygène dans les piles à combustible.

Modestino explique que le matériau hybride comprend un polymère conducteur d'ions et une matrice hautement perméable. "Nous avons créé un nouveau copolymère - deux composants liés ensemble. Une partie conduit les ions, et l'autre est très perméable à l'oxygène, " dit-il. " Okamoto avait travaillé sur des polymères hautement perméables pour les procédés de séparation des gaz. Quand j'ai rejoint NYU Tandon, nous avons réalisé que les polymères qu'il avait développés pouvaient être adaptés pour améliorer les piles à combustible."