Dès les années 30, les inventeurs ont commercialisé les piles à combustible comme source d'énergie polyvalente. Maintenant, des chercheurs japonais ont mis en évidence la chimie impressionnante d'un composant essentiel d'une future technologie de pile à combustible.

Dans une étude publiée récemment dans le Journal des lettres de chimie physique , des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont révélé des transports successifs de protons (transfert d'énergie) dans un cristal avancé à base de carbone pour les futures piles à combustible, et la chimie qui sous-tend ce phénomène.

De tels cristaux sont intéressants en tant qu'électrolytes solides (milieux de transfert d'énergie) dans les technologies à venir des piles à combustible. Les électrolytes solides ont des avantages, tels que l'efficacité énergétique élevée et la stabilité à long terme, dont certains électrolytes manquent. Les électrolytes solides à base d'imidazole sont des sujets d'étude courants. Les chercheurs émettent l'hypothèse que les cristaux d'hydrogénosuccinate d'imidazolium peuvent présenter un transport de protons successif, également connu sous le nom de saut de protons. Maintenant, cela n'a pas été rigoureusement confirmé, quelque chose que les chercheurs de l'Université de Tsukuba cherchaient à résoudre.

"Un large éventail de travaux de laboratoire et de simulations informatiques sont compatibles avec le transport unidirectionnel de protons dans les cristaux d'hydrogénosuccinate d'imidazolium, " déclare l'auteur principal et principal de l'étude, Professeur Yuta Hori. « Parce que cette hypothèse nécessite des tests supplémentaires, nous avons calculé l'énergie moléculaire en fonction de la géométrie moléculaire de nos cristaux, et comparé nos résultats avec les données expérimentales."

Pour faire ça, les chercheurs ont étudié des structures cristallines connues pour étudier une structure chimique connue sous le nom de liaisons hydrogène. La dynamique de l'hydrogène sur ces liaisons facilite le transport des protons au sein des cristaux et peut être caractérisée expérimentalement par spectroscopie infrarouge.

"Les résultats de la spectroscopie étaient clairs, " explique Hori. " Nous avons trouvé qu'à 100°C, contre 30°C, il y a eu un passage à une énergie plus élevée dans un pic qui se rapporte au transport de protons. »

Par ailleurs, les pics calculés par les chercheurs, ceux correspondant aux unités chimiques qui contribuent fortement à la liaison hydrogène, étaient cohérents avec les données expérimentales.

"Nous avons utilisé ces résultats pour construire un modèle qui a tracé la façon dont un proton est transféré d'une unité d'imidazole à une autre, " dit Hori. " Notre surface d'énergie potentielle calculée a fourni des données géométriques et énergétiques qui sont cohérentes avec le saut de protons. "

Les piles à combustible sont utilisées aujourd'hui pour alimenter un large éventail d'infrastructures et de technologies civiles, et produisent généralement peu d'émissions. Améliorer l'utilité des piles à combustible dans des applications plus diverses, en partie en comprenant leur fonctionnement, contribuera à minimiser le gaspillage d'énergie dans les années à venir.