Réservoirs de carburant, des appareils capables de produire de l'électricité à partir d'hydrogène ou d'autres combustibles sans les brûler, sont considérés comme une nouvelle façon prometteuse d'alimenter tout, des maisons et des voitures aux appareils portables comme les téléphones portables et les ordinateurs portables. Leur grand avantage - la perspective d'éliminer les émissions de gaz à effet de serre et d'autres polluants - a été contrebalancé par leur coût très élevé, et les chercheurs ont essayé de trouver des moyens de rendre les appareils moins chers.

Maintenant, une équipe du MIT dirigée par le professeur agrégé de génie mécanique et de science et ingénierie des matériaux Yang Shao-Horn a trouvé une méthode qui promet d'augmenter considérablement l'efficacité des électrodes dans un type de pile à combustible, qui utilise du méthanol au lieu de l'hydrogène comme carburant et est considéré comme prometteur pour remplacer les batteries des appareils électroniques portables. Étant donné que ces électrodes sont en platine, augmenter leur efficacité signifie que beaucoup moins de métal coûteux est nécessaire pour produire une quantité donnée d'énergie.

La clé pour gagner en efficacité, l'équipe a trouvé, consiste à modifier la texture de surface du matériau. En créant de minuscules marches d'escalier à la surface au lieu de la laisser lisse, la capacité de l'électrode à catalyser l'oxydation du combustible et donc à produire du courant électrique a été approximativement doublée dans les expériences, et les chercheurs pensent que le développement ultérieur de ces structures de surface pourrait finir par produire des augmentations bien plus importantes, produisant plus de courant électrique pour une quantité donnée de platine.

Leurs résultats sont rapportés le 13 octobre dans le Journal de l'American Chemical Society . Les huit auteurs de l'article comprennent l'étudiant diplômé en génie chimique Seung Woo Lee et le chercheur postdoctoral en génie mécanique Shuo Chen, avec Shao-Horn et d'autres chercheurs du MIT, l'Institut japonais des sciences et de la technologie, et Laboratoire national de Brookhaven.

"L'un de nos axes de recherche est de développer des catalyseurs actifs et stables, " Shao-Horn dit, et ce nouveau travail est une étape importante vers « découvrir comment la structure atomique de surface peut améliorer l'activité du catalyseur » dans les piles à combustible au méthanol direct.

Résoudre une polémique

Dans leurs expériences, l'équipe a utilisé des nanoparticules de platine déposées à la surface de nanotubes de carbone multiparois. Lee dit que de nombreuses personnes ont expérimenté l'utilisation de nanoparticules de platine pour les piles à combustible, mais les résultats de l'effet de la taille des particules sur l'activité ont été jusqu'à présent contradictoires et controversés. "Certaines personnes voient l'activité augmenter, certaines personnes voient une diminution" de l'activité à mesure que la taille des particules diminue. "Il y a eu une controverse sur la façon dont la taille affecte l'activité."

Les nouveaux travaux montrent que le facteur clé n'est pas la taille des particules, mais les détails de leur structure de surface. "Nous montrons les détails des étapes de surface présentées sur les nanoparticules, et associez le nombre de marches de surface à l'activité. " dit Chen. En produisant une surface avec plusieurs marches dessus, l'équipe a doublé l'activité de l'électrode, et les membres de l'équipe travaillent maintenant sur la création de surfaces avec encore plus d'étapes pour essayer d'augmenter encore l'activité. Théoriquement, ils disent, il devrait être possible d'augmenter l'activité par des ordres de grandeur.

Shao-Horn suggère que le facteur clé est l'ajout des bords des marches, qui semblent fournir un site où il est plus facile pour les atomes de former de nouvelles liaisons. L'ajout d'étapes crée plus de ces sites actifs. En outre, l'équipe a montré que les structures en marches sont suffisamment stables pour être maintenues sur des centaines de cycles. Cette stabilité est essentielle pour pouvoir développer des piles à combustible à méthanol direct pratiques et efficaces.

Les membres de l'équipe espèrent également comprendre si les étapes améliorent l'autre partie du processus qui se déroule dans une pile à combustible. Cette étude a porté sur l'amélioration de l'oxydation, mais l'autre côté d'une pile à combustible subit une réduction d'oxygène. L'ajout de marches à la surface améliore-t-il également la réduction de l'oxygène ? "Nous devons trouver pourquoi il le fait, ou pourquoi ça ne marche pas, " dit Shao-Horn. Les chercheurs s'attendent à avoir des réponses à cette question dans les prochains mois.

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology (actualité :web)