Représentation artistique de l'interface bipolaire à gradient de pH (PMBI) créée par Vijay Ramani et son laboratoire. Les deux couches qui composent l'interface recouvrent la troisième couche inférieure, qui est l'électrode avec des particules de palladium dessus. Le sous-marin et les drones sont des applications envisagées de la pile à combustible au borohydrure direct qui incorpore le PMBI. Crédit :McKelvey School of Engineering
L'industrie des transports est l'un des plus gros consommateurs d'énergie de l'économie américaine, avec une demande croissante pour la rendre plus propre et plus efficace. Alors que de plus en plus de personnes utilisent des voitures électriques, concevoir des avions à propulsion électrique, navires et sous-marins est beaucoup plus difficile en raison des besoins en puissance et en énergie.
Une équipe d'ingénieurs de la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis a développé une pile à combustible haute puissance qui fait progresser la technologie dans ce domaine. Dirigé par Vijay Ramani, le Roma B. et Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor, l'équipe a mis au point une pile à combustible au borohydrure direct qui fonctionne à une tension deux fois plus élevée que les piles à combustible commerciales d'aujourd'hui.
Cette avancée utilisant une interface bipolaire microscopique (PMBI) unique à gradient de pH, signalé dans Énergie naturelle 25 février pourrait alimenter une variété de modes de transport, y compris des véhicules sous-marins sans pilote, des drones et éventuellement des avions électriques, à un coût nettement inférieur.
"L'interface bipolaire micro-échelle à gradient de pH est au cœur de cette technologie, " dit Ramani, également professeur d'énergie, génie environnemental et chimique. « Cela nous permet de faire fonctionner cette pile à combustible avec des réactifs liquides et des produits dans des submersibles, où la flottabilité neutre est critique, tout en nous permettant également de l'appliquer dans des applications de plus grande puissance telles que le vol de drone. »
La pile à combustible développée à l'Université de Washington utilise un électrolyte acide à une électrode et un électrolyte alcalin à l'autre électrode. Typiquement, l'acide et l'alcali réagiront rapidement lorsqu'ils seront mis en contact l'un avec l'autre. Ramani a déclaré que la percée clé est le PMBI, qui est plus fin qu'une mèche de cheveux humains. En utilisant la technologie membranaire développée à la McKelvey Engineering School, le PMBI peut empêcher l'acide et l'alcali de se mélanger, formant un gradient de pH prononcé et permettant le bon fonctionnement de ce système.
"Les tentatives précédentes pour réaliser ce type de séparation acide-alcali n'étaient pas en mesure de synthétiser et de caractériser complètement le gradient de pH à travers le PMBI, " dit Shrihari Sankarasubramanian, un chercheur scientifique de l'équipe de Ramani. "En utilisant une nouvelle conception d'électrode en conjonction avec des techniques électroanalytiques, nous avons pu montrer sans équivoque que l'acide et l'alcali restent séparés."
Auteur principal Zhongyang Wang, un doctorant au laboratoire de Ramani, a ajouté : « Une fois que le PBMI synthétisé à l'aide de nos nouvelles membranes s'est avéré efficace, nous avons optimisé le dispositif de pile à combustible et identifié les meilleures conditions de fonctionnement pour obtenir une pile à combustible performante. Cela a été une voie extrêmement difficile et enrichissante pour développer les nouvelles membranes échangeuses d'ions qui ont permis le PMBI. »
"C'est une technologie très prometteuse, et nous sommes maintenant prêts à passer à l'échelle pour des applications dans les submersibles et les drones, " a déclaré Ramani.
