11.07.2022 - University at Buffalo

Un nouveau catalyseur à base de fer pourrait - enfin ! - rendre les piles à hydrogène abordables

"Nous pensons qu'il s'agit d'une percée importante qui contribuera à libérer l'énorme potentiel des piles à hydrogène"

Depuis des décennies, les scientifiques sont à la recherche d'un catalyseur permettant de réduire considérablement le coût de fabrication des piles à hydrogène.

Une telle avancée pourrait conduire à une révolution énergétique verte, où tout, des ordinateurs portables aux locomotives, fonctionnerait avec un carburant dont le seul sous-produit serait l'eau.

Une nouvelle recherche menée par l'Université de Buffalo suggère que les scientifiques se rapprochent de cet objectif.

Dans une étude publiée jeudi 7 juillet dans Nature Energy, les scientifiques décrivent comment le fer peut être combiné à l'azote et au carbone pour produire un catalyseur efficace, durable et peu coûteux - les trois principaux objectifs que le ministère américain de l'énergie (DOE) a identifiés pour la recherche sur les piles à combustible.

"Cela fait des années que l'on attend ce résultat", explique l'auteur principal de l'étude, Gang Wu, professeur de génie chimique et biologique à l'école d'ingénierie et de sciences appliquées de l'UB. "Nous pensons qu'il s'agit d'une percée importante qui contribuera finalement à libérer l'énorme potentiel des piles à combustible à hydrogène."

La promesse des piles à combustible

Les piles à combustible fonctionnent comme des batteries, mais elles ne manquent pas d'énergie et n'ont pas besoin d'être rechargées, selon le DOE. Elles produisent de l'électricité et de la chaleur tant que le combustible - tel que l'hydrogène - est fourni.

Elles intéressent depuis longtemps les scientifiques, les écologistes et d'autres personnes, car elles produisent peu ou pas d'émissions par rapport aux moteurs à combustion. De plus, elles peuvent être utilisées dans un large éventail d'applications, fournissant de l'énergie aux véhicules, aux centrales électriques, aux bâtiments et à d'autres systèmes.

Mais les piles à combustible ne sont pas largement commercialisées, notamment parce qu'elles nécessitent des catalyseurs coûteux, qui accélèrent les réactions importantes des piles à combustible.

Les meilleurs catalyseurs sont une famille de six métaux précieux, appelés métaux du groupe du platine. Bien qu'efficaces et durables, ces métaux sont incroyablement chers car ils sont extrêmement rares. C'est pourquoi les scientifiques cherchent des solutions moins coûteuses.

Surmonter les obstacles

Les catalyseurs à base de fer constituent l'une de ces alternatives. Le fer est attrayant car il est abondant et peu coûteux. Mais il n'est pas aussi performant que le platine, notamment parce qu'il n'a pas la durabilité nécessaire pour résister aux environnements hautement corrosifs et oxydants des piles à combustible.

Pour surmonter cet obstacle, l'équipe de recherche a lié quatre atomes d'azote au fer. Les chercheurs ont ensuite intégré le matériau dans quelques couches de graphène "avec un contrôle atomique précis des structures géométriques et chimiques locales", explique Wu.

La structure qui en résulte est un catalyseur grandement amélioré. Par exemple, l'équipe de recherche a indiqué que le catalyseur :

  • Est considéré comme le catalyseur à base de fer le plus efficace produit à ce jour, dépassant l'objectif du DOE pour 2025 en matière de densité de courant électrique.
  • a atteint un niveau de durabilité proche de celui des catalyseurs du groupe platine.

Selon Wu, tout cela montre que le catalyseur à base de fer peut rendre les piles à combustible, en particulier les piles à hydrogène, beaucoup plus abordables pour une utilisation commerciale. Les chercheurs prévoient des études de suivi pour améliorer encore le catalyseur.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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