Graphène, imperméable à tous les gaz et liquides, peut facilement laisser passer des protons, Des chercheurs de l'Université de Manchester ont découvert.

Publié dans la revue La nature , la découverte pourrait révolutionner les piles à combustible et d'autres technologies à base d'hydrogène car elles nécessitent une barrière qui ne laisse passer que les protons - les atomes d'hydrogène dépouillés de leurs électrons -.

En outre, les membranes de graphène pourraient être utilisées pour tamiser l'hydrogène gazeux de l'atmosphère, où il est présent en quantités infimes, créant la possibilité de générateurs électriques alimentés par l'air.

Graphène matériel d'un atome d'épaisseur, isolé et exploré pour la première fois en 2004 par une équipe de l'Université de Manchester, est réputé pour ses propriétés barrières, qui a un certain nombre d'utilisations dans des applications telles que les revêtements anticorrosion et les emballages imperméables.

Par exemple, il faudrait la durée de vie de l'univers pour l'hydrogène, le plus petit de tous les atomes, percer une monocouche de graphène.

Maintenant, un groupe dirigé par Sir Andre Geim a testé si les protons sont également repoussés par le graphène. Ils s'attendaient à ce que les protons soient bloqués, comme la théorie existante prévoyait une perméation de protons aussi faible que pour l'hydrogène.

Malgré le pronostic pessimiste, les chercheurs ont découvert que les protons traversent les cristaux ultra-minces étonnamment facilement, surtout à des températures élevées et si les films étaient recouverts de nanoparticules catalytiques telles que le platine.

La découverte fait des monocouches de graphène, et son matériau frère le nitrure de bore, attractif pour des utilisations possibles comme membranes conductrices de protons, qui sont au cœur de la technologie moderne des piles à combustible. Les piles à combustible utilisent l'oxygène et l'hydrogène comme combustible et convertissent l'énergie chimique d'entrée directement en électricité. Sans membranes qui permettent un flux exclusif de protons mais empêchent le passage d'autres espèces, cette technologie n'existerait pas.

Bien qu'il soit bien établi, la technologie des piles à combustible doit encore être améliorée pour la rendre plus largement utilisée. L'un des problèmes majeurs est un croisement du combustible à travers les membranes protoniques existantes, ce qui réduit leur efficacité et leur durabilité.

Les recherches de l'Université de Manchester suggèrent que l'utilisation de graphène ou de nitrure de bore monocouche peut permettre aux membranes existantes de devenir plus minces et plus efficaces, avec moins de croisement de carburant et d'empoisonnement. Cela peut stimuler la compétitivité des piles à combustible.

Le groupe de Manchester a également démontré que leurs membranes d'un atome d'épaisseur peuvent être utilisées pour extraire l'hydrogène d'une atmosphère humide. Ils émettent l'hypothèse qu'une telle récolte peut être combinée avec des piles à combustible pour créer un générateur électrique mobile qui est alimenté simplement par l'hydrogène présent dans l'air.

Marcelo Lozada-Hidalgo, un doctorant et auteur correspondant de cet article, a dit : « Quand vous savez comment cela devrait fonctionner, c'est une configuration très simple. Vous mettez un gaz contenant de l'hydrogène d'un côté, appliquer un petit courant électrique et collecter de l'hydrogène pur de l'autre côté. Cet hydrogène peut ensuite être brûlé dans une pile à combustible.

"Nous avons travaillé avec de petites membranes, et le débit d'hydrogène atteint est bien sûr minime jusqu'à présent. Mais c'est la première étape de la découverte, et le document est de faire prendre conscience aux experts des perspectives existantes. Construire et tester des récupérateurs d'hydrogène nécessitera beaucoup plus d'efforts. »

Dr Sheng Hu, chercheur postdoctoral et premier auteur de ce travail, a ajouté:"Cela semble extrêmement simple et tout aussi prometteur. Parce que le graphène peut être produit de nos jours en feuilles de mètres carrés, nous espérons qu'il trouvera son chemin vers les piles à combustible commerciales le plus tôt possible".