Allumer les piles à combustible avec la nanotechnologie

La nanotechnologie peut améliorer l'efficacité des piles à combustible de plusieurs façons. Les piles à combustible nécessitent le déplacement des ions à travers les membranes. En utilisant des nanopores, vous pouvez limiter ce qui passe à travers les membranes et de mieux contrôler la réaction qui se produit.

Les chercheurs ont coiffé aux extrémités des nanopores de piéger la solution acide à l'intérieur de la membrane, ce qui améliore le transport des ions hydrogène à travers la membrane à faible taux d'humidité. Cette capacité ouvre la possibilité de réaliser des piles à combustible qui fonctionnent dans une large gamme de conditions d'humidité.

Un catalyseur, généralement du platine, du fait de réactions de piles à combustible à des températures inférieures sont plus facilement. Une deuxième façon que la nanotechnologie peut améliorer l'efficacité des piles à combustible consiste à améliorer le catalyseur. Les chercheurs utilisent des nanoparticules d'augmenter l'aire de surface disponible pour des réactions, ce qui rend la réaction plus efficace - et moins coûteuse parce que moins de platine est requise.

Enfin, nano peut produire des réservoirs de stockage d'hydrogène petite et assez léger pour utilisation dans les voitures. Les liaisons hydrogène facilement à carbone, de sorte que les chercheurs ont étudié le stockage de l'hydrogène dans graphène. Parce graphène a qu'un seul atome d'épaisseur, il présente l'exposition la plus élevée de la zone de surface de carbone par rapport au poids de tous les matériaux. Haute énergie de l'hydrogène-carbone collage et l'exposition de grande surface de carbone font graphène un bon candidat pour le stockage de l'hydrogène.

Plusieurs groupes sont à explorer l'utilisation de la nanotechnologie pour améliorer l'efficacité des piles à combustible.

• Des chercheurs du laboratoire national de l'accélérateur SLAC ont développé un moyen d'utiliser 80 pour cent moins de platine pour la cathode dans les cellules de carburant, ce qui pourrait réduire considérablement leur coût. Les chercheurs platine allié avec du cuivre dans des nanoparticules et ensuite enlevé le cuivre à partir de la surface des nanoparticules, ce qui provoque les atomes de platine pour se rapprocher de l'autre.

  L'espacement réduit entre les atomes (appelée espacement réseau) Modifie la structure électronique des atomes de platine de sorte que les ions d'oxygène sont séparés plus facilement libérés, ce qui rend le catalyseur plus efficace. Un catalyseur plus efficace signifie que moins de catalyseur est nécessaire.

• Un autre moyen de réduire l'utilisation du platine dans les cathodes des piles à combustible est développé par des chercheurs de l'Université Brown. Ils déposent une couche épaisse d'un nanomètre de platine et de fer sur les nanoparticules sphériques de palladium.

  Des tests en laboratoire, ils ont constaté que la pile à combustible en utilisant un catalyseur à base de ces nanoparticules a généré 12 fois plus de courant que l'un contenant un catalyseur en utilisant le platine pur. La pile à combustible également duré dix fois plus longtemps. Les chercheurs pensent que cette amélioration est due à un transfert plus efficace des électrons.

• L'hydrogène produit à partir d'hydrocarbures tels que le pétrole ou le gaz naturel, contient du monoxyde de carbone. Pour utiliser cette hydrogène dans les piles à combustible, le monoxyde de carbone doit être éliminé, ce qui augmente le coût.

  Les chercheurs de l'Université Cornell ont trouvé un moyen de réduire la quantité de platine utilisée dans la pile à combustible et d'augmenter la tolérance de la pile à combustible pour certains contaminants dans le carburant d'hydrogène, ce qui diminue le coût de production de l'hydrogène.

• Les chercheurs de l'Université de l'Illinois ont mis au point une membrane d'échange de protons à l'aide d'une couche de silicium avec des pores qui sont d'environ 5 nanomètres de diamètre et couvert par une couche de silice poreuse. La couche de silice assure que l'eau reste dans les nanopores. L'eau se combine avec les molécules d'acide le long de la paroi des nanopores pour former une solution acide, fournissant une voie facile pour des ions hydrogène à travers la membrane.

  Cette membrane était bien meilleure conductivité d'ions d'hydrogène (100 fois mieux) dans des conditions de faible humidité que la membrane normalement utilisés dans les piles à combustible. Cette approche pourrait aboutir à la création de piles à combustible qui fonctionnent dans des environnements avec un large éventail d'humidité.