Les membranes - une couche invisible, une grande influence

Les piles à combustible sont une technologie clé pour l'utilisation de l'hydrogène dans l'approvisionnement énergétique. Les piles à combustible dites à membrane échangeuse de protons en sont une variante. Les propriétés de la membrane déterminent la puissance, l'efficacité et la durée de vie. Jusqu'à présent, il était toutefois difficile d'étudier l'influence de la membrane sur les performances de la pile à combustible, car de nombreux processus se superposent. Une équipe de la chaire de technologie des particules de l'université de Duisburg-Essen (UDE) a donc développé une nouvelle méthode avec d'autres chercheurs et le Centre pour la technologie des piles à combustible: au lieu d'analyser l'ensemble de la pile à combustible, ils ont examiné de manière ciblée la cathode dans un environnement de test simplifié.

Les chercheurs ont examiné des membranes d'épaisseur et de structure chimique différentes ainsi qu'un système de référence sans membrane. A l'aide de méthodes de mesure électrochimiques, les chercheurs ont pu pour la première fois mettre en évidence les causes des pertes de puissance et les séparer les unes des autres - par exemple les résistances électriques, la vitesse de réaction et le transport de la matière.

L'épaisseur de la membrane a des effets sur la vitesse des réactions électrochimiques

Selon un communiqué de presse de l'UDE, les résultats ont montré que la membrane apporte des résistances supplémentaires dans le système et influence de manière déterminante la puissance. Il a été surprenant de constater que la majeure partie de la résistance supplémentaire n'était pas due à l'épaisseur de la membrane, mais aux surfaces de contact entre la membrane et l'électrode.

L'épaisseur de la membrane a surtout un effet sur la vitesse des réactions électrochimiques : Plus la membrane est épaisse, plus elles se déroulent lentement. «Les pertes de transport sont en revanche davantage déterminées par la structure chimique du matériau», explique Fatih Özcan de l'UDE. «Notre recherche prouve que les membranes sont bien plus que des composants passifs. Elle fournit en même temps des points de départ importants pour le développement de piles à combustible plus performantes et plus durables.»