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Amélioration de la pile à combustible méthanol avec du graphène

 

Exploitation de l'utilisation de cristaux 2D dans des piles à combustible au méthanol

Les scientifiques de l'École de génie chimique et de science analytique, à l'université de Manchester ont trouvé un moyen d'utiliser des matériaux 2D dans une pile à combustible fonctionnant directement au méthanol. 

Ils ont montré que l'addition de graphène monocouche par dépôt chimique en phase vapeur sur la zone membranaire réduit de manière significative le croisement du méthanol en même temps en obtenant une résistance négligeable aux protons, augmentant ainsi la performance de la cellule de 50%.

 Les piles à combustible sont d'une grande variété avec plusieurs combustibles, comme des alcools à chaîne courte ont été utilisés jusqu'à présent. Le méthanol reste un candidat favorable en raison de sa haute densité d'énergie, de sa facilité de manipulation et d'autres caractéristiques opérationnelles.

Par conséquent, les piles à combustible au méthanol trouvent leur utilisation potentielle dans les chargeurs d'ordinateurs portables, les applications militaires ou d'autres scénarios où l'accès à l'électricité est difficile. 

Cependant, le spectre plus large du potentiel commercial pour les systèmes méthanol est grandement entravé par le croisement du méthanol se produisant dans la zone membranaire des piles à combustible.

Ce passage de méthanol de l'anode à la cathode à travers la membrane, crée un court-circuit et affecte négativement la performance de la pile à combustible. Ceci est atténué par l'utilisation d'une couche barrière, en plus de la membrane utilisée.

Andre Geim et ses collègues ont découvert le transfert de protons à travers le graphène monocouche et d'autres matériaux 2D. Le graphène est également connu pour sa structure de garnissage en treillis dense, inhibant le passage du méthanol et d'autres molécules à base d'hydrocarbures à travers la membrane. Cependant, l'application réelle de ces matériaux 2D, dans les systèmes de piles à combustible, n'a pas encore été réalisée.

Les travaux précédents dans ce domaine ont également testé différents matériaux qui ont permis d'améliorer les performances en réduisant le crossover du méthanol, mais ils ont également considérablement réduit le transport des protons, contrairement à ce travail dans lequel il est resté indemne. Cela serait d'un grand intérêt, car cela conduirait à l'utilisation de matériaux 2D dans des piles à combustible.

De plus, cela donne l'opportunité d'un système de pile à combustible à membrane moins chère et plus performante dans un avenir proche. Cette technologie pourrait être étendue à d'autres types de piles à combustible, à savoir les piles à hydrogène. Les piles à combustible hydrogène, souffrent de l'utilisation d'humidificateur à coût élevé, car ces membranes doivent être humidifiées pour améliorer la conductivité du proton.

Alors que le graphène a montré une meilleure conductivité protonique avec la température, sans la nécessité de systèmes humidificateurs. La perspective future pourrait être réalisée de telle manière que les piles à combustible apporteront une contribution significative à la demande énergétique future.

Publication originale:

Holmes, S., Balakrishnan, P., Kalangi, V., Zhang, X., Lozada-Hidalgo, M., Ajayan, P. et Nair, R .; «Les cristaux 2D améliorent considérablement la performance d'une pile à combustible fonctionnelle»; Matériaux énergétiques avancés; 2016

Source: https://fuelcellsworks.com/news/enhancing-fuel-cell-performance-with-graphene/

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