HSINCHU, Taïwan--(BUSINESS WIRE)--Depuis longtemps, les scientifiques s'efforcent de développer des piles à combustible à haut rendement pour en faire une source d'énergie respectueuse de l'environnement dans les véhicules électriques. Cependant, le professeur Chen Tsan-Yao du Department of Engineering and System Science (Université nationale Tsing Hua, Taïwan) a récemment fait une percée majeure en utilisant les ondes ultrasonores pour réaliser de minuscules rainures à la surface de divers matériaux, qui, conjointement avec un catalyseur au platine à l'échelle atomique, peuvent être utilisés pour doubler le rendement des piles à combustible alcalines (AFC).
Ce catalyseur à l'échelle atomique décuple l'intensité du courant de réduction de l'oxygène (réaction cathodique), sans dégradation pendant huit mois de fonctionnement continu, tout en réduisant le coût de production de 90 % ; ces cellules ont une durée de vie de deux à trois ans. Cette recherche révolutionnaire a été publiée et choisie comme document de réflexion sur les matériaux énergétiques dans le numéro de février de la revue Energy Materials. Nature Communications. Le professeur Chen explique qu'il met actuellement au point une corrélation quantique dans le catalyseur afin de rendre les cellules encore moins chères et plus efficaces.
Explorer les limites à l'échelle atomique
Une pile à combustible est un dispositif de production d'énergie qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique. Les AFC sont plus sûrs et plus efficaces que les batteries acides et sont donc largement utilisées dans les engins spatiaux et les satellites. Le catalyseur est l'élément clé de la performance des piles à combustible. Le professeur Chen explique que de nombreux facteurs ont un impact sur l'efficacité du catalyseur, en particulier sa taille. A volume égal, plus les particules de catalyseur sont petites, plus la surface est grande et plus le rendement est élevé. Cependant, si les particules sont trop petites, elles deviennent instables et perdent rapidement leur efficacité. Ainsi, le défi de M. Chen consistait à trouver un moyen de réduire sa taille et d'accroître sa stabilité.
Inspiré de l'amour du café soda
M. Chen a ajouté que le soda au café l'inspire dans ses stratégies. En 2016, alors qu'il discutait avec un propriétaire de café, il a découvert que selon l'ordre dans lequel le café et le soda sont versés dans le verre, la douceur, le goût et la quantité des bulles sont très différents. Par conséquent, il a demandé à ses assistants de recherche d'inverser l'ordre dans la croissance des cristaux. Contrairement à la méthode traditionnelle, ils ajoutent de nouveaux matériaux toutes les dix secondes et arrêtent la réaction après seulement quelques secondes, ce qui donne les catalyseurs Pt à base de trimère.
Réduction des coûts, augmentation de l'efficacité et allongement de la durée de vie
Il n'est pas surprenant que les étudiants de M. Chen aient d'abord eu des doutes quant à son approche peu orthodoxe. Après des centaines de défaillances, ils ont finalement fabriqué les catalyseurs Pt à base de trimère qui sont restés stables tout en maintenant une activité élevée dans les AFC. M. Chen a expliqué que la quantité de platine utilisée dans son catalyseur atomique n'est que de 1 %, comparativement à 35 % pour le catalyseur commercial moyen, et que la densité du courant de masse est 30 fois plus élevée.
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