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 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, à Grenoble, et de l’université de Kyoto, au Japon, ont mis au point 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, on trouve une couche d’oxyde métallique. Intercalée entre l’air et l’hydrogène (2), son rôle est de transférer les ions oxygène du premier vers le second. La transformation de l’hydrogène en eau produit alors la précieuse électricité. Problème : les piles que l’on parvient à réaliser actuellement nécessitent un énorme apport de chaleur pour fonctionner. « Elles ne commencent à produire de l’électricité qu’à 1 000 °C environ, explique le chimiste rennais Werner Paulus. Et à une telle chaleur, elles s’abîment vite. » Sans compter que cet apport d’énergie réduit leur intérêt environnemental.
C’est là qu’entre en jeu le nouveau composé, un oxyde constitué de fer et de strontium, 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 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 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 qui puissent fonctionner à température 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.
Notes :
(1) Laboratoire CNRS / Université Rennes-I / Éc. nat. sup. chimie Rennes / Insa Rennes.
(2) L'hydrogène peut être produit à partir d'hydrocarbures ou d'eau.
