Les matériaux destinés au traitement de l'hydrogène sous la loupe

Les membranes utilisées dans les piles à combustible et les électrolyseurs jouent un rôle déterminant dans l'efficacité, la durabilité et la rentabilité de la production et de l'utilisation de l'hydrogène. Ces membranes sont souvent fabriquées à partir de céramiques spéciales, pour lesquelles la relation entre le comportement des ions hydrogène (les protons) et la structure du matériau n’a pas encore fait l’objet de recherches exhaustives. Un groupe de recherche de l’Empa va se pencher sur cette question afin d’améliorer la conductivité des matériaux utilisés.

Un terrain accidenté plutôt qu’une voie libre

Selon le groupe de recherche dirigé par Artur Braun, responsable du laboratoire des céramiques haute performance, les conducteurs de protons doivent avant tout répondre à deux exigences : ils doivent absorber le plus grand nombre possible de protons et ceux-ci doivent pouvoir se déplacer aussi librement que possible dans le matériau. « On peut imaginer la membrane céramique comme un paysage sillonné de routes. Les protons se déplacent sur ces routes comme des voitures », explique M. Braun dans le communiqué de presse de l’Empa. Plus il y a de voitures sur les routes, plus la circulation est ralentie. « Une autoroute à plusieurs voies pour les protons, sur laquelle les charges circulent sans entrave dans les deux sens, est l’idéal », précise-t-il. Selon l’Empa, les membranes protoniques couramment utilisées aujourd’hui s’apparentent davantage à un terrain accidenté, que les protons traversent péniblement par des sentiers étroits.

Terrain dynamique

Mais contrairement aux paysages géographiques, les réseaux cristallins des membranes céramiques sont variables. Dans des travaux antérieurs, l’équipe de Braun avait pu montrer que la conductivité protonique dans les céramiques hautement conductrices est variable. Parallèlement, l’équipe de l’Empa a également pu démontrer que le transport des protons dans les conducteurs céramiques est étroitement lié aux vibrations du réseau cristallin – et que les protons intégrés dans le réseau peuvent eux-mêmes modifier ces vibrations.