(PhysOrg.com) -- L'ajout de cristaux extrêmement petits à un électrolyte solide a le potentiel d'augmenter considérablement l'efficacité des piles à combustible. Les chercheurs de la TU Delft ont été les premiers à documenter cela avec précision. Leur deuxième article sur le sujet en très peu de temps a été publié dans la revue scientifique, Matériaux fonctionnels avancés .

Les chercheurs de la Faculté des sciences appliquées de la TU Delft concentraient leurs efforts sur l'amélioration des matériaux électrolytiques. C'est le matériau entre deux électrodes, par exemple dans une pile à combustible ou une batterie. Meilleures sont les caractéristiques de l'électrolyte, le meilleur, de manière plus compacte ou plus efficace, la pile à combustible ou la batterie fonctionne.

L'électrolyte est généralement un liquide, mais cela présente un certain nombre d'inconvénients. Le liquide doit être très bien enfermé, par exemple, et il occupe une place relativement importante. « Il serait donc préférable d'avoir un électrolyte constitué de matière solide, " dit Lucas Haverkate, doctorant. "Malheureusement, cela a aussi des inconvénients. La conductivité dans la matière solide n'est pas aussi bonne que dans un liquide."

"Dans une matière solide, vous avez un réseau d'ions, dans lequel pratiquement toutes les positions du réseau sont prises. Cela rend difficile le déplacement des particules chargées (protons) d'une électrode à l'autre. C'est un peu comme un embouteillage sur une autoroute. Ce que vous devez faire, c'est créer des espaces libres dans le réseau."

L'un des moyens d'y parvenir, et donc d'augmenter la conductivité dans les électrolytes solides, est d'ajouter des nanocristaux (de sept nanomètres à une cinquantaine de nanomètres), de dioxyde de titane. "Une caractéristique de ces TiO 2 cristaux est qu'ils attirent les protons, et cela crée plus d'espace dans le réseau." Les nanocristaux sont mélangés dans l'électrolyte avec un acide solide (CsHSO 4 ). Ce dernier matériau « délivre » les protons aux cristaux. "L'ajout des cristaux semble provoquer un énorme bond dans la capacité conductrice, jusqu'à un facteur 100, " conclut Haverkate.

Cette réalisation remarquable de la TU Delft a déjà donné lieu à deux publications dans la revue scientifique Advanced Functional Materials. En décembre dernier, Haverkate a publié un article sur la théorie derrière les résultats. Son collègue doctorant, Aile Kee Chan, est l'auteur principal d'un deuxième article paru dans la même publication cette semaine. Chan s'est concentré sur le côté expérimental de la recherche. "Ce qui est bien avec ces deux publications, c'est que les résultats expérimentaux et les fondements théoriques se complètent fortement, " dit Haverkate.

Chan a effectué des mesures sur le matériau électrolytique en utilisant la méthode de diffraction des neutrons. Cela implique l'envoi de neutrons à travers le matériau. La façon dont les neutrons sont dispersés permet de déduire certaines caractéristiques du matériau, comme la densité de protons dans les cristaux. Haverkate :« C'est la première fois que des mesures d'électrolytes solides sont effectuées de cette manière, et à si petite échelle. Le fait que nous disposions de technologies de recherche nucléaire au Reactor Institute de Delft était extrêmement précieux. »

Cependant, la combinaison de TiO 2 et CsHSO 4 ne marque pas la fin de la recherche d'un électrolyte solide approprié. D'autres combinaisons de matériaux seront testées qui peuvent obtenir de meilleurs scores dans le domaine de la stabilité, par exemple. Professeur Fokko Mulder, qui est le directeur de thèse de Haverkate et Chan, dit. "À ce stade, nous sommes plus soucieux d'acquérir une compréhension fondamentale et un modèle utile, que la question concrète de savoir quel est le matériau le plus approprié. Il est important d'identifier l'effet des nanocristaux, et lui donner une base théorique. Je pense qu'il y a un grand potentiel pour ces électrolytes. Ils ont également l'avantage supplémentaire de continuer à bien fonctionner sur une large plage de températures, ce qui est particulièrement pertinent pour leur application dans les piles à combustible.