Un récent développement dans le domaine des cellules à hydrogène pourrait transformer notre approche des énergies propres. Ces nouvelles cellules présentent des caractéristiques innovantes qui pourraient faciliter leur intégration dans nos vies quotidiennes, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles perspectives pour la consommation d’énergie.
Les hautes températures, un défi pour l’hydrogène
Les cellules de combustible à hydrogène, notamment celles de type oxyde solide (SOFC), sont perçues comme une alternative à la combustion de combustibles fossiles. Leur adoption est cependant restreinte par des défis techniques et économiques. La complexité de gestion de ces systèmes explique en grande partie leur absence dans notre quotidien.
Le fonctionnement repose sur la conversion directe du gaz hydrogène en énergie et en eau, un processus efficace et durable. Néanmoins, des températures de fonctionnement élevées, atteignant 700 à 800 degrés Celsius, sont nécessaires pour cette conversion.
Ces exigences thermiques augmentent le coût des matériaux et compliquent la gestion des systèmes, rendant leur utilisation commerciale ou domestique peu viable.
Cependant, une avancée récente pourrait changer la donne. Une équipe de chercheurs a publié un article dans Nature Materials le 8 août, annonçant le développement d’un nouveau type de SOFC, qui traite le défi de la température.
Cette nouvelle cellule peut fonctionner à seulement 300 degrés Celsius, moins de la moitié de la température précédemment requise.
Abaisser la température à 300 °C permettrait de réduire considérablement les coûts des matériaux et de rendre possible l’usage domestique.
C’est ce qu’a déclaré Yoshihiro Yamazaki, auteur principal de l’étude et ingénieur en matériaux à l’Université de Kyushu, au Japon.
Reingénierie de l’électrolyte
Pour parvenir à ce résultat, l’équipe a travaillé sur la reingénierie de l’électrolyte, composée de diverses structures atomiques organisées dans un réseau cristallin.
Dans les cellules à hydrogène, les ions d’hydrogène chargés positivement, ou protons, traversent ces chemins cristallins pour générer de l’énergie. Traditionnellement, ce processus nécessite une chaleur intense pour être efficace.
Les chercheurs ont cherché à dépasser cette limitation en utilisant des dopants chimiques en association avec un cristal d’oxyde approprié.
Cependant, cela pose également des défis. L’ajout de dopants peut augmenter le nombre de protons mobiles, mais peut également congestir la structure, ralentissant leur déplacement.
Yamazaki a expliqué.
Après avoir testé plusieurs matériaux, l’équipe s’est concentrée sur deux composés : le stannate de baryum et le titanate de baryum. Lorsqu’ils sont dopés avec du scandium à 300 °C, ces matériaux ont montré une efficacité comparable aux SOFC actuelles, fonctionnant à des températures beaucoup plus élevées.
Étonnamment, les atomes de scandium se sont liés aux atomes d’oxygène pour former une « autoroute moléculaire large et à vibration douce », facilitant le voyage des protons avec une « barrière de migration exceptionnellement basse ».
Les composés utilisés sont également plus souples que ceux utilisés traditionnellement, facilitant l’absorption du dopant de scandium.
Notre recherche transforme un paradoxe scientifique en solution pratique, rendant l’énergie hydrogène plus accessible au quotidien.
Yamazaki a conclu.
Bien que 300 °C reste considérablement élevé par rapport à la température ambiante, cette réduction représente une avancée significative.