Vers des piles à combustible plus performantes

Publié par Michel le 03/05/2008 à 00:00
Source: CNRS
Illustration: Wikipedia
Technologie en plein boom, les piles à combustible semblent promises à un bel avenir. Ces dispositifs permettent en effet de produire de l'électricité à partir d'oxygène et d'hydrogène en ne rejetant que de l'eau. Plusieurs pistes sont actuellement explorées pour trouver celle qui aura le meilleur rendement. Parmi elles, la pile dite à oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) solide pourrait bien tirer son épingle du jeu. D'autant que des chercheurs du laboratoire "Sciences chimiques de Rennes" (1), en collaboration avec une équipe de l'Institut Laue Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nommé ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien allemand 1879-1960) et Paul Langevin (physicien français 1872-1946) est un organisme de recherche international, il a été fondé en 1967...), à Grenoble, et de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Kyoto, au Japon, ont mis au point (Graphie) un nouvel oxyde qui ouvre la voie à des piles plus efficaces encore.


Scéma de principe d'une pile à combustible à oxyde solide

À la base du fonctionnement de ce type particulier de pile à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.), on trouve une couche d'oxyde métallique. Intercalée entre l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des...) et l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (2), son rôle est de transférer les ions oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) du premier vers le second. La transformation de l'hydrogène en eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) produit alors la précieuse électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la...). Problème: les piles que l'on parvient à réaliser actuellement nécessitent un énorme apport de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) pour fonctionner. "Elles ne commencent à produire de l'électricité qu'à 1 000 °C environ, explique le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique...) rennais Werner Paulus. Et à une telle chaleur, elles s'abîment vite." Sans compter que cet apport d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) réduit leur intérêt environnemental.

C'est là qu'entre en jeu le nouveau composé, un oxyde constitué de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie...) et de strontium (Le strontium est un élément chimique, de symbole Sr et de numéro atomique 38. Le strontium, comme le calcium, est un alcalino-terreux. Il est mou, malléable, gris-jaune....), de formule chimique SrFeO2. Son énorme atout, c'est justement de pouvoir réagir avec ces mêmes ions oxygène dès 280 °C. Une prouesse impensable jusque-là. Le potentiel du nouveau venu est donc énorme: il prépare l'arrivée de piles à la fois plus robustes dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et moins gourmandes en chaleur pour fonctionner.

Seul hic: le nouvel oxyde est certes un très bon conducteur d'ions, mais il est aussi un excellent conducteur de courant. Une dernière caractéristique que cherchent à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) prix à éviter les concepteurs de piles à combustible, faute de quoi une partie de l'électricité générée est perdue. Mais rien de décourageant pour les chercheurs. Bien au contraire: le SrFeO2 n'est pour eux qu'une première étape vers d'autres oxydes plus performants encore. Et ils ne cachent pas leur intention d'en trouver même un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à...) qui puissent fonctionner à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) ambiante. "Avant notre découverte, on ne savait pas comment attaquer le problème, raconte Werner Paulus. Désormais, en s'inspirant de la structure unique de ce nouvel oxyde, on sait dans quelle direction chercher." Le composé parfait est peut-être à portée de main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le...).


Notes:

(1) Laboratoire CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université Rennes-I / Éc. nat. sup. chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles...) Rennes / Insa Rennes.

(2) L'hydrogène peut être produit à partir d'hydrocarbures ou d'eau.


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