Les piles à combustible ont été présentées comme une solution plus propre aux besoins énergétiques de demain, avec des applications potentielles dans tout, des voitures aux ordinateurs.

Mais l'une des raisons pour lesquelles les piles à combustible ne sont pas déjà plus répandues est leur manque d'endurance. Heures supplémentaires, les catalyseurs utilisés même dans les piles à combustible de pointe d'aujourd'hui se décomposent, inhibant la réaction chimique qui convertit le carburant en électricité. En outre, la technologie actuelle repose sur de petites particules enrobées du catalyseur; cependant, la surface limitée des particules signifie que seule une fraction du catalyseur est disponible à un moment donné.

Aujourd'hui, une équipe d'ingénieurs de la Yale School of Engineering &Applied Science a créé un nouveau système de catalyseur de pile à combustible utilisant des nanofils constitués d'un nouveau matériau qui augmente les performances à long terme de 2,4 fois par rapport à la technologie actuelle. Leurs conclusions figurent sur la couverture du numéro d'avril de ACS Nano .

Les ingénieurs de Yale, Jan Schroers et André Taylor, ont développé de minuscules nanofils constitués d'un alliage métallique innovant connu sous le nom de verre métallique en vrac (BMG) qui ont des surfaces élevées, exposant ainsi une plus grande partie du catalyseur. Ils conservent également leur activité plus longtemps que les systèmes catalytiques traditionnels à pile à combustible.

La technologie actuelle des piles à combustible utilise du noir de carbone, un matériau carboné peu coûteux et électriquement conducteur, comme support de particules de platine. Le carbone transporte l'électricité, tandis que le platine est le catalyseur qui entraîne la production d'électricité. Plus le carburant est exposé aux particules de platine, plus on produit d'électricité. Pourtant le noir de carbone est poreux, de sorte que le platine à l'intérieur des pores internes ne peut pas être exposé. Le noir de carbone a également tendance à se corroder avec le temps.

« Afin de produire des piles à combustible plus efficaces, vous souhaitez augmenter la surface active du catalyseur, et vous voulez que votre catalyseur dure, ", a déclaré Taylor.

À l'échelle de 13 nanomètres (environ 1/10, 000 la largeur d'un cheveu humain), les nanofils BMG développés par Schroers et Taylor sont environ trois fois plus petits que les particules de noir de carbone. Les nanofils longs, leur forme fine leur confère une surface active par masse beaucoup plus importante que le noir de carbone. En outre, plutôt que de coller des particules de platine sur un matériau support, l'équipe de Yale a incorporé le platine dans l'alliage de nanofil lui-même, s'assurer qu'il continue à réagir avec le carburant dans le temps.

C'est la composition chimique unique des nanofils qui permet de les façonner en de si petites tiges en utilisant une méthode de pressage à chaud, dit Schroers, qui a développé d'autres alliages BMG qui peuvent également être moulés par soufflage dans des formes compliquées. Les nanofils BMG conduisent également mieux l'électricité que le noir de carbone et les nanotubes de carbone, et sont moins coûteux à traiter.

Jusqu'à présent, Taylor a testé son système catalytique pour les piles à combustible à base d'alcool (y compris celles qui utilisent l'éthanol et le méthanol comme sources de carburant), mais ils disent que le système pourrait être utilisé dans d'autres types de piles à combustible et pourrait un jour être utilisé dans des appareils électroniques portables tels que des ordinateurs portables et des téléphones portables ainsi que dans des capteurs à distance.

« C'est l'introduction d'une nouvelle classe de matériaux qui peuvent être utilisés comme électrocatalyseurs, " a déclaré Taylor. " C'est un véritable pas en avant pour rendre les piles à combustible commercialement viables et, finalement, compléter ou remplacer les piles des appareils électroniques.