Des chercheurs de l’Institut des sciences des matériaux cellulaires (iCeMS) de l’Université de Kyoto ont développé une nouvelle approche pour accélérer les atomes d’hydrogène se déplaçant à travers une structure en réseau cristallin à des températures plus basses. Ils ont rapporté leurs découvertes dans le journal Avancées scientifiques.
« L’amélioration du transport de l’hydrogène dans les solides pourrait conduire à des sources d’énergie plus durables », déclare Hiroshi Kageyama d’iCeMS qui a dirigé l’étude.
Les « anions » d’hydrogène chargés négativement peuvent se déplacer très rapidement à travers un matériau « hydrure » solide, constitué d’atomes d’hydrogène liés à d’autres éléments chimiques. Ce système est un candidat prometteur pour l’énergie propre, mais le transport rapide ne se produit qu’à des températures très élevées, supérieures à 450 °C. Kageyama et son équipe ont découvert comment faire voyager les anions d’hydrogène encore plus rapidement à travers un hydrure à des températures beaucoup plus basses.
« Dans le passé, on croyait que la clé d’une conductivité ionique élevée à basse température était de stabiliser la phase à haute température d’un matériau en introduisant un désordre chimique », explique Kageyama. Les scientifiques le font en ajoutant des composés contenant de l’oxygène appelés oxydes dans la structure. Au lieu de cela, Kageyama et ses collègues ont introduit une structure ordonnée dans un cristal d’hydrure de baryum, ce qui a permis aux anions d’hydrogène de se déplacer beaucoup plus rapidement, même à 200 °C.
« Atteindre une conductivité ionique élevée à basse température en commandant les anions est sans précédent et pourrait être applicable à divers conducteurs ioniques à l’avenir », explique Kageyama.
Kageyama et son équipe ont modifié la structure d’un hydrure de baryum typique en introduisant de chaque côté des couches composées d’hydrogène attaché à un autre anion. Ce faisant, ils ont fabriqué trois matériaux différents, en utilisant des anions bromure, chlorure ou iodure. Cela a fourni une structure plus ordonnée au matériau d’origine, l’empêchant de passer du réseau en forme d’hexagone très stable et symétrique que l’on trouve habituellement à des températures élevées, à une structure de forme orthorhombique moins stable lorsqu’il refroidit. Les anions d’hydrogène se sont déplacés très rapidement à travers le réseau organisé à 200°C. Le matériau a même conduit les anions d’hydrogène à température ambiante, bien qu’à une vitesse plus lente.
« L’amélioration de la conductivité des anions d’hydrogène jusqu’à la température ambiante pourrait permettre le fonctionnement à basse température de dispositifs électrochimiques, comme les piles à combustible, et ouvrir des voies pour leur utilisation comme catalyseurs industriels ou comme sources d’hydrogène solide pour les réactions d’hydrogénation », explique Kageyama.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Kyoto. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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