Des scientifiques de l'université de Kyushu ont développé une pile à combustible à oxyde solide qui fonctionne efficacement à 300°C, une réduction significative par rapport aux 700-800°C typiques. Cette avancée utilise des oxydes dopés au scandium pour permettre un transport rapide de protons sans colmatage du réseau. L'innovation pourrait réduire les coûts et accélérer l'adoption de l'énergie hydrogène.
Les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) promettent une génération d'électricité efficace et durable à partir d'hydrogène, ne produisant que de l'eau comme sous-produit. Cependant, leurs températures de fonctionnement élevées de 700-800°C exigent des matériaux résistants à la chaleur, augmentant les coûts et limitant l'utilisation généralisée.
Des chercheurs de l'université de Kyushu ont relevé ce défi en concevant des électrolytes qui conduisent les protons rapidement à seulement 300°C. Comme rapporté dans Nature Materials, l'équipe a dopé le stannate de baryum (BaSnO3) et le titanate de baryum (BaTiO3) avec des niveaux élevés de scandium (Sc), atteignant une conductivité protonique supérieure à 0,01 S/cm—comparable aux SOFC conventionnelles à 600-700°C.
Le professeur Yoshihiro Yamazaki, qui a dirigé l'étude, a expliqué l'innovation : « Ramener la température de fonctionnement à 300°C réduirait drastiquement les coûts des matériaux et ouvrirait la voie à des systèmes grand public. » La clé réside dans le réseau cristallin : les atomes de scandium forment une « autoroute ScO6 » d'oxygènes liés, créant un chemin large et vibrant doucement qui permet aux protons de se déplacer librement sans se piéger.
Yamazaki a noté le dilemme précédent : « Ajouter des dopants chimiques peut augmenter le nombre de protons mobiles traversant un électrolyte, mais cela obstrue généralement le réseau cristallin, ralentissant les protons. » L'analyse structurale et les simulations ont confirmé que ces oxydes « plus souples » absorbent plus de scandium que les matériaux traditionnels, résolvant le compromis.
Cette avancée vise non seulement des SOFC abordables mais s'étend aussi aux électrolyseurs à basse température, pompes à hydrogène et réacteurs de conversion de CO2. Yamazaki a conclu : « Notre travail transforme un paradoxe scientifique de longue date en une solution pratique, rapprochant l'énergie hydrogène abordable de la vie quotidienne. »
Les résultats paraissent dans l'article de la revue : Kota Tsujikawa et al., « Mitigating proton trapping in cubic perovskite oxides via ScO6 octahedral networks », Nature Materials, 2025 ; 24(12):1949, DOI : 10.1038/s41563-025-02311-w.