Percée du futur dans le stockage de l'hydrogène dans les piles à combustible

Une enquête synthétise des MOF (matériaux organométalliques) capables de faciliter l'optimisation à la fois des dimensions et du poids du réservoir des véhicules «verts».

En utilisant des matériaux ultraporeux, les chercheurs de l'Université Northwestern améliorent le stockage de l'hydrogène et du méthane pour les véhicules à pile à combustible.

Une équipe de recherche de l'Université Northwestern a synthétisé de nouveaux matériaux à très haute porosité de surface grâce auxquels l'hydrogène et le méthane peuvent être stockés pour les véhicules à pile à combustible. Ces matériaux organométalliques (MOF) ont en effet la particularité de pouvoir stocker beaucoup plus d'hydrogène et de méthane que d'autres, dans des conditions beaucoup plus sûres et à des coûts bien inférieurs.

En gardant à l'esprit les véhicules à énergie propre, « nous avons développé une méthode de stockage à bord plus efficace et plus sûre, en utilisant des principes chimiques pour concevoir des matériaux dont nous pouvons contrôler la disposition atomique, ce qui se traduit par une porosité élevée», a déclaré Omar K. Farha, chef de l’équipe de recherche.

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Ces matériaux, appelés adsorbants, sont des solides poreux qui lient des molécules liquides ou gazeuses à leur surface. Grâce à ces pores nanoscopiques, 1 gramme de ce matériau a une surface qui couvrirait 1,3 terrains de football . En plus des véhicules à pile à combustible, les matériaux adsorbants pourraient être une percée pour l'industrie générale du stockage de gaz, où de nombreuses applications nécessitent l'utilisation de gaz comprimés tels que l'oxygène, l'hydrogène et le méthane.

Plus précisément, les MOF ultra-purs, appelés NU-1501, sont constitués de molécules organiques et d'ions métalliques qui s'auto-assemblent pour former des structures multidimensionnelles hautement cristallines, poreuses. Pour représenter la structure d'un MOF, imaginez un ensemble de jouets jouets, dans lequel les ions métalliques sont les nœuds et les molécules organiques sont les tiges qui maintiennent les nœuds ensemble.

Les véhicules à pile à combustible nécessitent actuellement une compression haute pression pour fonctionner. Pour se faire une idée, la pression dans un réservoir d'hydrogène est 300 fois plus élevée que la pression dans les pneus d'une voiture . Cependant, en raison de la faible densité de l'hydrogène, il est très coûteux d'obtenir ces niveaux de pression, ainsi que dangereux en raison de la forte inflammabilité de l'hydrogène et du méthane.

Pour cette raison, il est nécessaire d'optimiser à la fois la taille et le poids du réservoir de carburant. Les matériaux hautement poreux sont capables d'équilibrer précisément les capacités volumétrique (taille) et gravimétrique (masse) de l'hydrogène et du méthane: «Nous sommes capables de stocker d'énormes quantités d'hydrogène et de méthane à l'intérieur des pores du MOF et de les stocker dans le réservoir. du véhicule à des pressions plus basses », a déclaré Farha.

Plus d'informations: isen.northwestern.edu

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