La technologie des piles à combustible évolue continuellement à mesure que les énergies renouvelables et les sources d'énergie alternatives deviennent un moyen de plus en plus important de réduire la dépendance mondiale aux combustibles fossiles. Les piles à combustible planaires, une conception courante, peuvent être encombrantes, présenter des problèmes de compression et une distribution de courant inégale. D'autres inconvénients incluent des problèmes de transport de gaz réactif, d'élimination de l'excès d'eau et des défis de fabrication associés à leur conception.

Une équipe de chercheurs UConn dirigée par Jasna Jankovic, professeure adjointe au Département de science et génie des matériaux de la School of Engineering, a mis au point une nouvelle conception pour une pile à combustible tubulaire à membrane électrolyte polymère (PEM) qui résout ces lacunes et améliore conceptions de piles à combustible PEM tubulaires existantes, dont la plupart prennent une pile à combustible PEM planaire et l'enroulent dans un cylindre.

Jankovic et deux étudiants diplômés, Sara Pedram et Sean Small, ont adopté une approche plus holistique qui repense entièrement la conception des piles à combustible tubulaires. Leur concept perturbateur, en instance de brevet, pourrait potentiellement avoir près de deux fois la densité d'énergie des autres piles à combustible PEM tubulaires, être 50 % plus léger, avoir une électrode interne et un électrolyte remplaçables (s'ils sont liquides), une configuration étanche et nécessiter moins de métaux précieux. .

C'est un gros problème, déclare Michael Invernale, responsable principal des licences chez UConn's Technology Commercialization Services (TCS) travaillant avec Jankovic pour mettre le concept sur le marché. Une grande partie des efforts visant à améliorer la conception des piles à combustible, dit-il, s'est concentrée sur l'utilisateur final plutôt que sur le bien commun.

"Une pile à combustible avec des composants rechargeables est une sorte de solution qui fait cela", explique Invernale. "Une compagnie aérienne qui s'appuie sur cette technologie serait plus incitée à reconstruire un composant. À l'heure actuelle, il pourrait être moins cher de remplacer l'ensemble de l'unité. C'est vraiment là que cette conception brille. Les caractéristiques de la conception sont vertes, durables et renouvelables."

Les piles à combustible sont essentiellement des dispositifs électrochimiques de production d'énergie rechargeables qui combinent de l'hydrogène et de l'oxygène pour produire de l'électricité, de la chaleur et de l'eau. Chaque type est classé principalement par le type d'électrolyte qu'il utilise. Les piles à combustible planaires sont construites à l'aide d'empilements en sandwich de grandes plaques de champ d'écoulement rectangulaires en graphite ou en métal, qui représentent environ 80 % de leur poids et 40 % de leur coût. La conception d'UConn utilise un seul champ d'écoulement en forme de tube qui réduit son poids de moitié.

Le concept est toujours en cours de découverte et bénéficie d'un financement de l'I-Corps et du Partenariat pour l'innovation (PFI) de la National Science Foundation (NSF). Le programme a été créé pour stimuler la traduction de la recherche fondamentale sur le marché, encourager la collaboration entre les universités et l'industrie et former les professeurs, les étudiants et d'autres chercheurs financés par la NSF aux compétences en innovation et en entrepreneuriat.

Les équipes de recherche participantes ont la possibilité d'interroger des clients potentiels pour en savoir plus sur leurs besoins. Jankovic et son équipe ont mené une soixantaine d'entretiens lors d'un programme UConn Accelerator au début de 2022 qui les a aidés à évaluer le marché et à répondre à des questions importantes sur l'opportunité de démarrer ou non un processus plus long, de fabriquer le produit eux-mêmes ou de concéder la technologie à une autre entreprise.

"Il était très utile d'obtenir des commentaires et des conseils de la part de personnes de l'industrie", déclare Jankovic.

Jankovic a dirigé l'équipe en tant que PI, avec Pedram et Small, agissant respectivement en tant que responsable entrepreneurial et co-responsable. Lenard Bonville, le mentor industriel de l'équipe, soutiendra l'équipe avec ses décennies d'expérience industrielle. L'équipe mènera une autre série de 100 entretiens avec l'industrie pour découvrir le marché de son produit et obtenir des conseils sur sa conception finale. Le financement du NSF-Partnership for Innovation (PFI) sera ensuite utilisé pour développer un prototype et poursuivre la commercialisation.

Les piles à combustible ont un large éventail d'applications, allant de l'alimentation des maisons et des entreprises au maintien en état de fonctionnement d'installations critiques telles que les hôpitaux, les épiceries et les centres de données, et au déplacement d'une variété de véhicules, y compris les voitures, les bus, les camions, les chariots élévateurs, les trains, et plus. L'équipe de Jankovic s'efforce d'obtenir un brevet complet sur leur conception et de tester minutieusement le concept. À court terme, ils se concentrent sur la commercialisation de la technologie et l'attraction de partenaires potentiels.

Jankovic envisage de créer une pile à combustible à peu près de la taille d'une pile AA, mais en tant que technologie évolutive et modulaire, elle pourrait être étendue à n'importe quelle taille pratique. La forme cylindrique permettrait à davantage de piles à combustible d'occuper le même espace que celles actuellement utilisées et d'être moins chères à fabriquer, a déclaré Invernale. Jankovic considère sa conception de pile à combustible comme un remplacement des batteries au lithium-ion.

Jankovic a déclaré que ses sept années dans l'industrie avant de venir à UConn l'ont convaincue qu'il y avait un besoin sur le marché pour une nouvelle et meilleure conception de pile à combustible.

"D'après cette expérience, je savais que les piles à combustible planaires avaient quelques problèmes", dit-elle. "Je n'arrêtais pas de demander autour de moi et j'ai dit:" Faisons-le et découvrons oui ou non "." + Explorer plus loin

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