Améliorer la durabilité des piles à combustible à hydrogène grâce à un revêtement en oxyde de tungstène

Lors de l’achat d’un smartphone, l’une de vos principales considérations est généralement de trouver un étui durable et un protecteur d’écran pour protéger l’appareil des dommages externes. De même, un groupe de chercheurs de POSTECH a récemment attiré l’attention du monde universitaire en introduisant un revêtement en tungstène qui fonctionne comme un bouclier, tout comme ces étuis et films de protection, pour les électrodes écologiques des piles à combustible à hydrogène.

Professeur Yong-Tae Kim du Département de science et d’ingénierie des matériaux et de l’Institut universitaire de technologie des matériaux ferreux et écologiques et avec Sang-Hoon You, doctorant au Département de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université des sciences et technologies de Pohang ( POSTECH), ont appliqué une couche d’oxyde de tungstène (WO₃) à l’assemblage membrane-électrode(MEA), un composant crucial des piles à combustible à hydrogène.

Cette innovation vise à améliorer les performances et l’efficacité de l’électrode. Leurs recherches ont été publiées dans Avancées scientifiques.

Dans le cadre des véhicules à hydrogène, lors de leur démarrage ou arrêt brutal (démarrage/arrêt, SU/SD), de l’air extérieur est aspiré dans le véhicule. L’oxygène présent dans cet air déclenche une réaction électrochimique involontaire au sein de la pile à combustible, accélérant la détérioration du catalyseur. Compte tenu de la nature des conditions de conduite, des occurrences fréquentes de SU/SD sont inévitables, entraînant une dégradation significative du catalyseur.

L’équipe a exploité le concept de transition métal-isolant (MIT) pour relever ce défi. Le MIT est un phénomène dans lequel un isolant devient capable de conduire l’électricité lorsqu’il est soumis à des facteurs externes tels que des changements de concentration ou de température d’un gaz ambiant. WO₃ possède la propriété unique de conduire sélectivement l’électricité lorsque les protons sont intercalés/désintercalés en exploitant le phénomène MIT.

Pour résoudre le problème, l’équipe a appliqué une couche de WO₃ à la couche de catalyseur à l’anode du MEA. Dans des circonstances opérationnelles normales, ce revêtement maintient la conductivité électrique. Cependant, il obstrue sélectivement le flux de courant exclusivement pendant les conditions de démarrage/arrêt (SU/SD), empêchant ainsi les réactions électrochimiques conduisant à la corrosion du catalyseur.

Lorsque le MEA est recouvert de WO₃ a été incorporé dans une véritable pile à combustible, le catalyseur est resté sans corrosion lors des événements SU/SD, présentant un taux de rétention de performances impressionnant de 94 %. La technologie de l’équipe, impliquant l’application de WO₃ au MEA, améliore non seulement la durabilité de la cellule, mais offre également l’avantage d’être intégré dans le processus de production de masse existant pour les MEA.

Le professeur Yong-Tae Kim a déclaré : « Cette innovation contribuera directement et de manière significative à améliorer la durabilité des véhicules commerciaux à pile à combustible à hydrogène. De plus, elle peut être facilement appliquée aux processus de production de masse de MEA, simplifiant ainsi sa mise en œuvre pratique.