Les chercheurs ont réalisé une percée dans la technologie des piles à combustible à hydrogène en développant des matériaux électrolytiques solides utilisant des structures métallo-organiques (MOF). Cette approche améliore considérablement la conductivité des ions hydrogène. L’utilisation innovante par l’équipe de molécules invitées à faible acidité dans les MOF a conduit à des matériaux à haute conductivité et durabilité. Cette avancée promet d’améliorer l’efficacité des piles à combustible à hydrogène, contribuant ainsi à des solutions énergétiques durables.
Un groupe de scientifiques associés à l’UNIST a réalisé une avancée majeure dans l’amélioration de l’efficacité des piles à combustible à hydrogène, qui suscitent une attention considérable en tant que sources d’énergie écologiques de nouvelle génération.
Dirigée par le professeur Myoung Soo Lah du Département de chimie de l’UNIST, l’équipe a développé avec succès des matériaux électrolytiques solides utilisant des structures métallo-organiques (MOF). Cette approche innovante améliore considérablement la conductivité des ions hydrogène au sein de l’électrolyte solide utilisé dans les piles à combustible à hydrogène. En outre, l’équipe de recherche a introduit des molécules invitées à faible acidité, ce qui constitue une réalisation pionnière parmi les intermédiaires utilisés à cette fin. En mettant en œuvre une nouvelle méthodologie qui augmente le nombre de molécules invitées à l’intérieur des pores du MOF, ils ont obtenu une conductivité améliorée des ions hydrogène.
Piles à combustible à hydrogène et limitations actuelles
Les piles à combustible à hydrogène sont des dispositifs de production d’énergie très efficaces et respectueux de l’environnement qui convertissent directement l’énergie chimique dérivée des réactions entre l’hydrogène et l’oxygène en énergie électrique. Actuellement, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons utilisent principalement le Nafion comme matériau électrolytique en raison de sa stabilité thermique, mécanique et chimique ainsi que de sa conductivité élevée des ions hydrogène. Cependant, ces systèmes sont confrontés à des limites concernant leur plage de températures de fonctionnement et manquent de clarté sur leurs mécanismes d’amélioration des performances.
L’équipe de recherche a porté son attention sur les MOF comme alternatives potentielles. Les MOF sont des matériaux composés d’amas métalliques interconnectés par des ligands organiques pour former une structure poreuse. Dotés d’excellentes propriétés de stabilité chimique et thermique, les MOF ont récemment suscité un intérêt considérable pour leur utilisation dans les applications de piles à combustible. De plus, une fois générés, les MOF possèdent des pores de différentes tailles qui peuvent être utilisés pour développer des matériaux à haute conductivité ionique hydrogène en introduisant des molécules invitées via ces canaux.
Méthodologie et résultats révolutionnaires
Dans cette étude menée par l’équipe de recherche de l’UNIST dirigée par les membres du groupe du professeur Myoung Soo Lah, le sulfamique zwitterionique acide– une substance ionique amphotère à faible acidité possédant à la fois des charges positives et négatives – a été introduite comme molécules invitées dans deux types de MOF, à savoir MOF-808 et MIL-101. L’acide sulfamique, une molécule invitée dotée de capacités exceptionnelles de liaison hydrogène sous diverses formes, fonctionne efficacement comme un moyen de transfert d’ions hydrogène. En augmentant la quantité d’acide sulfamique dans les pores des MOF, l’équipe a réussi à développer des matériaux démontrant une conductivité élevée des ions hydrogène (atteignant des niveaux de 10-1 Scm-1 ou plus). De plus, ces matériaux présentaient une durabilité remarquable car ils maintenaient la conductivité des ions hydrogène sur une période prolongée.
Les résultats de la recherche sont extrêmement prometteurs pour faire progresser l’efficacité et les performances des piles à combustible à hydrogène grâce à l’utilisation de structures métallo-organiques. Cette avancée majeure contribue à accélérer les progrès vers des solutions énergétiques durables, conformément aux efforts mondiaux de décarbonation.
