La compréhension mène à l'optimisation
Les piles à combustible sont des appareils de conversion électromécaniques qui peuvent utiliser divers combustibles et générer des produits dérivés tels que de la chaleur et de l'eau. Comme les batteries, ils convertissent l'énergie chimique directement en énergie électrique sans le processus de combustion et les émissions indésirables qui contribuent au changement climatique global. Les piles à combustible sont donc l'un des principaux piliers du programme énergétique alternatif de l'UE. Les principaux composants des piles à combustible sont deux électrodes (anode et cathode) et un électrolyte ou un support conducteur d'ion entre les deux. Le combustible riche en hydrogène participe à une réaction chimique sur l'anode pour produire des électrons et des ions. Les électrons sont dirigés dans un circuit externe vers la cathode et les ions traversent l'électrolyte pour participer à une réaction avec de l'oxygène à la cathode. La nature de l'électrolyte détermine grandement le type de pile à combustible. Les piles à oxyde solide, comme leur nom l'indique, utilisent un électrolyte solide. Les piles à oxyde solide sont parmi les technologies de piles à combustible les plus prometteuses mais l'optimisation dépend grandement de l'augmentation de la conductivité de l'électrolyte des ions ou protons d'hydrogène (H+) et des ions d'oxygène (O2-). Des scientifiques financé par l'UE travaillant sur le projet NMRSOFC ont utilisé la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, la technique de détermination structurelle la plus puissante, pour étudier la dynamique H+/O2- dans une pile à oxyde solide. Des études de résonance magnétique nucléaire détaillées du matériau de l'électrolyte baryum zirconate (BZY) à yttrium (Y) ont démontré que les limites du transport des protons sont dues à un phénomène appelé blocage des protons. Des études similaires de césium hydrogène phosphate (CsH2PO4) ont mis à jour des mécanismes complexes de transport de protons et de relations avec les changements de température. Des études de résonance magnétique nucléaires expérimentale avec modélisation mathématique ont mis en lumière des mécanismes affectant la mobilité de l'hydrogène et de l'oxygène dans du stannate de baryum Y hydraté (BaSn1-xYxO3-x/2). Les scientifiques ont également publié un article important détaillant une méthode permettant d'augmenter la résolution de la spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire. Les piles à oxyde solides constituent un élément important des programmes de l'UE pour développer des sources d'énergie renouvelables aux piles à combustible fossile. Elles sont grandement efficaces, silencieuses et sans émissions et peuvent utiliser un large éventail de combustibles riches en hydrogène. Les scientifiques du projet NMRSOFC ont apporté une contribution importante à l'optimisation des piles à oxyde solides en caractérisant le transport des ions dans des électrolytes solides prometteurs qui devrait permettre une commercialisation à grande échelle.
