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Graphène ou comment révolutionner la pile à combustible

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Ecrit le février 22, 2015

Le stockage de l’énergie constituant de nos jours un des enjeux énergétiques fondamentaux, la recherche technologique s’oriente progressivement peu à peu vers des batteries nouvelle génération à base de lithium ou de graphène.

Elles seraient capables d’augmenter la densité d’énergie stockée et la durée d’utilisation. Le graphène justement, nouveau matériau découvert en 2004 pourrait bien révolutionner la technologie des piles à combustible. Selon une étude publiée le mercredi 26 novembre dans la revue scientifique Nature, une équipe de chercheurs de l’Université de Manchester dirigée par le prix Nobel de physique Andrei Geim, aurait mis à jour des qualités jusqu’ici ignorées du graphène et permettant d’envisager une exploitation exponentielle de l’hydrogène dans la production d’électricité. Explications.

Le graphène, un matériau ultra-résistant perméable aux protons

Le graphène, matériau à la fois extrêmement fin et résistant (un seul atome d’épaisseur pour une résistance 200 fois supérieure à celle de l’acier) a été isolé pour la première fois en 2004 par le professeur Andre Geim et son équipe, récompensé du prix Nobel en 2010 pour cette découverte. Réputé imperméable à tous les gaz et liquides, le graphène affiche un potentiel considérable pour toute une série d’applications comme les revêtements anticorrosion ou les emballages imperméables.

Cela étant, et partant du principe que le graphène était donc imperméable au plus petit des atomes, l’équipe de Manchester a tenté de savoir si les protons (ou des atomes d’hydrogène dépouillés de leurs électrons) étaient également repoussés. Idée lumineuse s’il en est, puisqu’il s’avère en effet que les protons passent à travers le graphène à des températures élevées. Un phénomène qui pourrait même être accentué en recouvrant la membrane de platine, agissant ici comme catalyseur.

Une découverte essentielle qui permet selon ces scientifiques d’envisager de nouvelles applications du graphène pour les membranes conductrices de protons équipant les piles à combustible.

graphene pile

“Nous sommes très heureux de ce résultat, car il ouvre un tout nouveau domaine d’applications prometteuses pour le graphène dans la récolte de l’énergie propre et des technologies à base d’hydrogène“, a déclaré Andre Geim, co-chercheur de l’étude aux côtés de Marcelo Lozada-Hidalgo.

Optimiser l’efficacité des piles à combustible

Les piles à combustible, utilisées dans des voitures par exemple, fabriquent de l’électricité grâce à l’oxydation sur une électrode d’un combustible réducteur (comme le dihydrogène par exemple) couplée à la réduction sur l’autre électrode d’un oxydant, tel que le dioxygène de l’air. L’énergie chimique est alors convertie en courant électrique.

Seul problème, ce processus s’accompagne de fuites récurrentes des combustibles à travers les membranes de protons existantes, réduisant ainsi de manière significative l’efficacité des cellules. Un problème qui pourrait être surmonté selon Andre Geim via l’utilisation de membranes de graphène bloquant les combustibles tout en laissant s’échapper les protons.

D’autre part, si plusieurs combinaisons sont possibles, la pile dihydrogène-dioxygène ou dihydrogène-air est aujourd’hui la plus couramment étudiée et utilisée. Un dispositif particulièrement propre qui ne rejette que de l’eau et ne consomme que des gaz mais qui reste aujourd’hui limité par des difficultés d’approvisionnement et de stockage de l’hydrogène. L’hydrogène n’existe en grande quantité sur notre planète que combiné à l’oxygène (H2O, c’est-à-dire l’eau), au soufre (sulfure d’hydrogène, H2S) et au carbone (combustibles fossiles de types gaz naturel ou pétrole).

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Or, ces chercheurs affirment que les membranes de graphène, utilisées comme “passoires”, pourraient permettre d’extraire l’hydrogène de l’atmosphère de manière efficiente et d’alimenter ainsi de nouveaux types de générateurs mobiles grâce aux petites quantité d’hydrogène dans l’air.

“Sur le fond, il suffirait de pomper votre carburant de l’atmosphère et d’en ressortir l’électricité qu’elle contient“, a déclaré Andre Geim. “Notre étude apporte la preuve que ce genre de dispositif est possible“.

Sources https://www.lenergieenquestions.fr

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