Lorsque le catalyseur au nickel des piles à combustible en céramique est utilisé avec des combustibles hydrocarbonés, comme le méthane, propane, et butane, le carbone généré lors de la conversion du combustible se dépose à la surface du nickel. Cela s'aggrave sérieusement à mesure que la température baisse, conduisant à l'échec du fonctionnement de la cellule. L'équipe de recherche a résolu ce problème en incorporant des catalyseurs secondaires de haute performance, qui peut convertir les carburants plus facilement, par la technologie des couches minces. En utilisant le dépôt alterné du catalyseur secondaire et des couches principales de catalyseur, l'équipe a été en mesure de distribuer efficacement le catalyseur secondaire aux parties les plus proches des électrodes à combustible à l'électrolyte. Par ce moyen, l'incorporation contrôlée de catalyseurs secondaires en petite quantité mais efficacement positionnés était possible. En utilisant cette procédure, l'équipe de recherche KIST a pu appliquer avec succès des catalyseurs secondaires connus pour leur activité catalytique élevée à basse température, comme le palladium (Pd), ruthénium (Ru), et cuivre (Cu), aux électrodes à combustible nanostructurées. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)
Une équipe de recherche coréenne a mis au point une pile à combustible en céramique haute performance pouvant fonctionner avec des combustibles butane. Puisque le butane peut être liquéfié et donc stocké et transporté facilement, la nouvelle technologie pourrait étendre la gamme d'applications des piles à combustible en céramique aux applications portables et mobiles telles que les voitures électriques, robots et drones. Précédemment, les piles à combustible en céramique n'avaient été envisagées que pour une application aux systèmes de production d'électricité de grande capacité en raison de leur fonctionnement à haute température.
L'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) a annoncé que l'équipe de recherche du Dr Son Ji-Won au Centre de recherche sur les matériaux énergétiques du KIST avait développé un pile à combustible en céramique à couche mince qui pourrait fonctionner à des températures moyennes à basses inférieures à 600 °C en utilisant des combustibles au butane.
Les piles à combustible en céramique sont un type de pile à combustible à haute température qui fonctionne à plus de 800 degrés C. Cette température élevée permet l'utilisation de catalyseurs peu coûteux, comme le nickel, contrairement aux piles à combustible à basse température, telles que les piles à combustible à électrolyte polymère, qui utilisent des catalyseurs au platine à prix élevé pour compléter leur faible activité catalytique. Un autre avantage majeur des piles à combustible à haute température est qu'elles peuvent utiliser divers combustibles autres que l'hydrogène pur, tels que le GPL et le GNL avec de faibles émissions en raison de leur haute efficacité. Cependant, ironiquement, même si les piles à combustible à haute température utilisent des catalyseurs bon marché, leur fonctionnement nécessite des matériaux réfractaires et des technologies de fabrication coûteux. Un autre facteur limitant est que le processus marche-arrêt de leur système prend beaucoup de temps en raison des caractéristiques de fonctionnement à haute température, qui limitent leur application aux systèmes de production d'électricité stationnaires à grande échelle.
De nombreuses équipes de recherche dans le monde ont travaillé sur des piles à combustible céramiques à couches minces, qui peut fonctionner à basse température sans perte de performance. Malheureusement, le problème est que le fonctionnement à basse température fait perdre aux piles à combustible en céramique l'un de leurs avantages importants, C'est, leur capacité à utiliser divers combustibles. Lorsque le catalyseur au nickel des piles à combustible en céramique est utilisé avec des combustibles hydrocarbonés, comme le méthane, propane, et butane, le carbone généré lors de la conversion du combustible se dépose à la surface du nickel. Cela s'aggrave sérieusement à mesure que la température baisse, entraînant l'échec du fonctionnement de la cellule.
L'équipe de recherche du Dr Son Ji-Won a résolu ce problème en incorporant des catalyseurs secondaires haute performance, qui peut convertir les carburants plus facilement, par la technologie des couches minces. En utilisant le dépôt alterné du catalyseur secondaire et des couches principales de catalyseur, l'équipe a été en mesure de distribuer efficacement le catalyseur secondaire aux parties les plus proches des électrodes à combustible à l'électrolyte. Par ce moyen, l'incorporation contrôlée de catalyseurs secondaires en petite quantité mais efficacement positionnés était possible.
En utilisant cette procédure, l'équipe de recherche KIST a pu appliquer avec succès des catalyseurs secondaires connus pour leur activité catalytique élevée à basse température, comme le palladium (Pd), ruthénium (Ru), et cuivre (Cu), aux électrodes à combustible nanostructurées. Ils ont confirmé le fonctionnement haute performance des nouvelles piles à combustible en céramique à couche mince à des températures de fonctionnement moyennes et basses (500-600 C), en utilisant du carburant butane, qui est un carburant très abordable.
"Cette recherche a examiné systématiquement les utilisations possibles des combustibles hydrocarbonés dans les piles à combustible en céramique fonctionnant à basse température, " a déclaré le Dr Son Ji-won. " L'utilisation de combustibles portables comme le butane à des températures de fonctionnement plus basses permettrait le développement de systèmes de piles à combustible en céramique plus petits et intégrés, qui peut être appliqué aux sources d'alimentation portables et mobiles."
