Les piles à combustible sont prometteuses en tant que source d'énergie propre et renouvelable. Mais les garder au sec a longtemps été un défi, car ils produisent de l'eau lors du processus de conversion de l'hydrogène et de l'oxygène en électricité.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de la Colombie-Britannique affirment qu'ils ont peut-être trouvé une solution : prétraiter l'électrode – un élément clé des piles à combustible – avec de l'oxygène gazeux ionisé ou du plasma.
‘Les piles à combustible ont besoin d'une petite quantité d'humidité pour fonctionner, mais trop d'eau bloque le flux de gaz à travers la pile’, a déclaré le premier auteur de l'étude, Benjamin Zahiri, spécialiste des matériaux. ‘Le traitement au plasma modifie la surface de l'électrode afin que l'excès d'eau puisse couler dans les couches inférieures et s'écouler, sans dessécher la cellule.’
Les chercheurs ont exposé la surface d'une électrode de pile à combustible, qui contient des couches poreuses de carbone, à de l'oxygène gazeux ionisé pendant une minute. Le traitement a déposé à la surface des quantités variables de molécules porteuses d'oxygène, qui attirent l'eau.
‘Les couches supérieures ont reçu le plus de molécules et les couches suivantes ont reçu progressivement moins de molécules’, a déclaré Zahiri. « En créant cette 'mouillabilité' progressivement décroissante, l'eau est aspirée des couches supérieures vers les couches inférieures, d'où elle sort de la cellule.
‘La structure de la couche de carbone elle-même reste inchangée.’
L'étude s'est concentrée sur les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM), un type de piles à combustible couramment utilisé pour les voitures et les camions.
‘Nos résultats montrent que le traitement au plasma est efficace pour faciliter le transport de l'eau dans une pile à combustible PEM’, a déclaré Zahiri. ‘D'autres stratégies de transport de l'eau comme les revêtements hydrophobes ou hydrofuges sont trop coûteuses ou trop complexes pour être viables.’
Selon les chercheurs, le traitement au plasma peut également être facilement intégré dans la fabrication de composants de piles à combustible.
‘C'est rapide, peu coûteux et déjà largement utilisé dans la fabrication’, a déclaré l'auteur principal de l'étude, Walter Mérida, professeur de génie mécanique qui dirige le Clean Energy Research Center à l'UBC. ‘Il ne génère aucun déchet chimique, il est donc respectueux de l'environnement.’
L'équipe explore actuellement d'autres applications du traitement au plasma. Selon Mérida, les traitements au plasma peuvent fonctionner sur d'autres matériaux poreux utilisés dans le stockage de l'énergie. Ils peuvent également être intégrés dans les industries à base de soude caustique, un marché évalué à 80 milliards de dollars américains.