Nouvelles membranes conductrices d'anions pour l'électrolyse
Rentable et respectueux de l'environnement
La question de savoir comment produire de l'hydrogène de manière rentable et durable est l'une des questions centrales de la transition énergétique. Les membranes hautement conductrices pour les électrolyseurs sont un élément clé de la technologie de l'hydrogène. Une équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer de recherche appliquée sur les polymères (IAP), en collaboration avec le Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH, a mis au point des membranes échangeuses d'anions (AEM) innovantes qui permettent de réduire les coûts des électrolyseurs et d'exploiter le potentiel de l'hydrogène en tant que source d'énergie neutre pour le climat, dans le respect de l'environnement.
Les chercheurs du Fraunhofer IAP ont réussi à synthétiser une nouvelle classe de polymères échangeurs d'anions prometteurs et à fabriquer des membranes à partir de ceux-ci. Ces membranes constituent la base du développement d'électrolyseurs efficaces et peu coûteux, appelés électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions (AEM-WE). "Nos membranes permettent de fabriquer des AEM-WE qui, en principe, ne nécessitent pas de métaux précieux et ne contiennent pas de substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS). Nous ouvrons ainsi la voie à des architectures de système innovantes qui sont à la fois peu coûteuses et respectueuses de l'environnement", explique le Dr Taybet Bilkay-Troni, directeur du département Polymères et électronique du Fraunhofer IAP, pour expliquer les avantages de la nouvelle technologie des polymères. Le développement des nouveaux polymères échangeurs d'anions et des membranes qui en résultent constitue une étape importante pour l'industrie de l'hydrogène en Allemagne. "Les fabricants d'électrolyseurs et leurs fournisseurs bénéficieront des connaissances que nous avons acquises", souligne Bilkay-Troni.
Rentabilité et respect de l'environnement
Les membranes actuellement disponibles sont basées sur le principe de la conduction des protons utilisé dans l'électrolyse de l'eau par membrane échangeuse de protons (PEM-WE). Cela nécessite des catalyseurs composés de métaux précieux coûteux, tels que l'iridium. Ces membranes contiennent également une forte proportion de PFAS, qui se dégradent mal dans l'environnement et sont soupçonnés d'être cancérigènes. Les membranes échangeuses d'anions nouvellement mises au point, en revanche, permettent le fonctionnement de l'électrolyse avec des métaux de transition peu coûteux. Elles ne contiennent pas de PFAS et sont donc applicables conformément au processus de restriction prévu pour les PFAS dans le cadre de la réglementation européenne sur les produits chimiques REACH après 2025.
Jusqu'à présent, le développement des AEM manquait de matériaux hautement conducteurs, chimiquement stables et capables de résister aux conditions des électrolyseurs alcalins et des piles à combustible. "Nous sommes en train de combler cette lacune grâce à nos nouveaux polymères", explique Bilkay-Troni. Les nouveaux polyphénylquinoxalines (PPQ) sans PFAS présentent une très bonne stabilité alcaline. Sur la base des PPQ, l'équipe du Fraunhofer IAP a créé des membranes conductrices d'ions hydroxyde adaptées aux applications dans les électrolyseurs. Les performances ont été évaluées par des tests in situ réalisés par le Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH. En mode électrolyse, les nouvelles membranes atteignent une densité de courant de 0,5 ampère par centimètre carré à une tension de deux volts. La conductivité spécifique des ions hydroxyde des membranes nouvellement développées est d'environ huit millisiemens par centimètre à 60 degrés Celsius et 95 % d'humidité relative. "Les membranes font l'objet d'un développement plus poussé afin d'augmenter leur conductivité anionique. L'objectif est d'atteindre 40 millisiemens par centimètre dans les mêmes conditions afin d'être compétitif par rapport aux matériaux AEM pré-commerciaux. Grâce à ces nouveaux polymères, nous sommes en bonne voie pour améliorer de manière significative la conductivité, la stabilité et donc les performances des électrolyseurs. En outre, ces matériaux AEM pourraient également être utilisés à l'avenir dans les piles à combustible", résument le Dr Ivan Radev et Miriam Hesse, chefs de projet au Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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