(À gauche) Chaque point noir dans les neuf cercles blancs est une minuscule pile à combustible. Une pile AA est montrée pour la comparaison de taille. Crédit image :Caroline Perry, SEAS Communications (à droite) L'un des neuf cercles est agrandi sur cette image, montrant la surface ridée de la membrane électrochimique. Crédit image :Quentin Van Overmeere
(Phys.org) -- Piles à combustible, qui produisent de l'électricité à partir de l'énergie chimique d'un combustible tel que l'hydrogène, ne sont pas intrinsèquement capables de stocker de l'énergie. Lorsque l'alimentation en hydrogène d'une pile à combustible s'épuise ou est temporairement interrompue, la puissance de sortie de la cellule diminue rapidement jusqu'à zéro. Si une application nécessite un stockage d'énergie, alors la pile à combustible doit être couplée à un dispositif externe de stockage de charge, comme une batterie, ce qui augmente le poids et le volume du système. Mais maintenant, les chercheurs ont conçu une pile à combustible à hydrogène avec une nouvelle anode qui peut fournir de l'électricité jusqu'à 14 fois plus longtemps que les piles à combustible conventionnelles, ce qui pourrait être particulièrement utile pour les applications énergétiques mobiles.
Les chercheurs, Quentin Van Overmeere, Kian Kerman, et Shriram Ramanathan, à la Harvard School of Engineering and Applied Sciences à Cambridge, Massachusetts, ont publié leur étude sur les piles à combustible à oxyde solide à stockage d'énergie (SOFC) dans un récent numéro de Lettres nano .
Dans leur étude, les chercheurs ont fabriqué l'anode de la pile à combustible à oxyde solide avec de l'oxyde de vanadium ou une combinaison d'oxyde de vanadium et de platine poreux. Le vanadium est connu pour sa tendance à changer d'état d'oxydation, un processus qui implique le transfert d'électrons. Étant donné qu'une clé pour permettre aux piles à combustible de stocker la charge est d'utiliser des matériaux qui peuvent transférer de manière réversible les charges électriques, Les propriétés du vanadium en font un bon candidat pour ces technologies.
« Cette SOFC à couche mince profite des récentes avancées en matière de fonctionnement à basse température pour incorporer un nouveau matériau plus polyvalent, " a déclaré Ramanathan. " L'oxyde de vanadium à l'anode se comporte comme un matériau multifonctionnel, permettant à la pile à combustible de générer et de stocker de l'énergie."
Les expériences des chercheurs ont montré que, une fois l'alimentation en hydrogène coupée, les piles à combustible avec l'anode en oxyde de vanadium pourraient générer de l'énergie pendant plus de 3 minutes, contre environ 10-15 secondes pour les piles à combustible avec des anodes poreuses en platine. Les deux piles à combustible ont produit une quantité d'énergie comparable, et les chercheurs s'attendent à ce que les améliorations futures s'étendent encore plus cette fois. Avec la capacité de stocker l'énergie électrochimique, le nouveau dispositif pourrait être considéré comme combinant les caractéristiques d'une pile à combustible et d'une batterie.
La configuration du laboratoire pour tester les piles à combustible à oxyde solide. Crédit image :Caroline Perry, MER Communications
Pour l'instant, les chercheurs ne savent pas exactement ce qui permet à la nouvelle pile à combustible de fonctionner après la coupure de son alimentation. Ils ont identifié et testé trois mécanismes de stockage de charge possibles, les résultats montrant que l'oxydation réversible de l'anode a contribué à une partie de la charge observée, mais n'a pas tenu compte de tout. La découverte suggère que la production d'électricité en l'absence de combustible résulte de plusieurs mécanismes.
Bien que l'identification des mécanismes sous-jacents nécessite des recherches supplémentaires, la découverte que les anodes en oxyde de vanadium peuvent stocker de l'énergie et fournir de l'énergie lorsque l'approvisionnement en carburant est épuisé pourrait être utile pour développer de futures sources d'énergie miniatures. Les applications pourraient inclure des systèmes autonomes miniatures, technologies militaires, et d'autres appareils qui doivent fonctionner pendant de courtes périodes.
« Véhicules aériens sans pilote, par exemple, en profiterait vraiment, " a déclaré Van Overmeere. " Quand il est impossible de faire le plein sur le terrain, une augmentation supplémentaire de l'énergie stockée pourrait prolonger considérablement la durée de vie de l'appareil."
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