La structure moléculaire du nouveau verre polymère a facilité le mouvement des protons (H+) à travers celui-ci dans des conditions sèches à 120 °C. Crédit :Mindy Takamiya/Université de Kyoto iCeMS
Des scientifiques de l'Institut japonais des sciences intégrées des matériaux cellulaires (iCeMS) dirigent les efforts visant à synthétiser des matériaux plus solides et efficaces pour les membranes des piles à combustible à hydrogène. La plupart des piles à combustible actuellement sur le marché utilisent des membranes liquides. Une nouvelle membrane de verre polymère de coordination, rapporté dans le journal Sciences chimiques , fonctionne aussi bien que ses homologues liquides avec une résistance et une flexibilité accrues.
Les piles à combustible à hydrogène sont alimentées en hydrogène et en oxygène pour produire de l'électricité, avec de l'eau comme seul sous-produit. Ces piles à combustible contiennent des « membranes conductrices de protons » qui facilitent la séparation des particules positives et négatives de l'hydrogène, protons et électrons, un processus qui conduit finalement à la production d'électricité.
Les protons doivent se déplacer facilement à travers ces membranes pour que le processus soit efficace. Les membranes conductrices de protons actuelles sont fabriquées à partir de liquides et ne peuvent pas fonctionner efficacement dans des conditions sèches, rendant leur fabrication compliquée et coûteuse. Les scientifiques recherchent des moyens de fabriquer des membranes solides à base d'électrolytes sans eau qui offrent une meilleure stabilité mécanique et thermique que leurs homologues liquides, mais sont également rentables et conduisent toujours bien les protons.
« Notre verre polymère de coordination a mieux fonctionné que les liquides ioniques et les polymères de coordination cristallins récemment rapportés, " dit Satoshi Horike, un scientifique des matériaux à l'Institut des sciences intégrées des cellules et des matériaux de l'Université de Kyoto (iCeMS) qui a dirigé la recherche.
La membrane polymère de verre nouvellement développée. Crédit :iCeMS de l'Université de Kyoto
Horike, Tomohiro Ogawa et ses collègues au Japon ont fabriqué leur membrane de verre polymère de coordination en mélangeant un «liquide ionique protique» avec des ions zinc. Les liquides ioniques protiques sont des sels liquides fabriqués en mélangeant un acide et une base. L'équipe a utilisé un liquide ionique protique appelé diéthylméthylammonium dihydrogénophosphate. L'ajout de zinc à ce liquide a conduit à la formation d'un solide, verre polymère élastique.
La structure moléculaire du verre polymère de coordination a facilité le mouvement des protons à travers celui-ci dans des conditions sèches à 120°C. Lorsqu'il est testé dans une pile à combustible à hydrogène, il a produit une haute tension (0,96 volts), bien dans la gamme des membranes électrolytiques polymères typiques. Sa puissance de sortie était également similaire à celle des membranes Nafion couramment utilisées.
Ogawa pense que leurs découvertes offrent une approche intéressante pour l'utilisation de polymères de verre dans des applications de piles à combustible. L'équipe prévoit de poursuivre ses travaux dans le but de réaliser des membranes de piles à combustible avec des performances plus élevées et une stabilité à long terme.
