Subvention de consolidation du CER pour le Dr Felix Gunkel et "Scrambled Oxs" (bœufs brouillés)
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Felix Gunkel, de la division des matériaux électroniques de l'Institut Peter Grünberg (PGI-7) du Forschungszentrum Jülich, a reçu une bourse de consolidation du Conseil européen de la recherche (CER). Au cours des cinq prochaines années, son projet "Scrambled Oxs" bénéficiera d'un financement de deux millions d'euros. Il vise à utiliser une nouvelle conception de matériaux pour développer des matériaux particulièrement stables et efficaces pour l'électrolyse de l'eau - un processus clé pour la production écologique d'hydrogène.
L'hydrogène est considéré comme un moyen de stockage d'énergie polyvalent susceptible de remplacer les combustibles fossiles. Il est particulièrement durable lorsqu'il est produit par électrolyse, un processus par lequel l'eau est décomposée en ses composants à l'aide d'électricité.
Pour que ce processus fonctionne, des catalyseurs sont nécessaires - des matériaux qui accélèrent les réactions et qui, idéalement, ne sont pas consommés. La réaction d'évolution de l'oxygène (OER), au cours de laquelle les molécules d'eau sont décomposées pour libérer de l'oxygène, est une étape particulièrement difficile du processus, car elle nécessite beaucoup d'énergie excédentaire. La quantité d'énergie nécessaire et la durée pendant laquelle un matériau reste stable, et donc efficace, dépendent largement de la composition et de la structure du catalyseur.
"Je viens du domaine de la recherche en nanoélectronique, où nous avons appris à fabriquer ces matériaux sur mesure avec un haut degré de précision. Je souhaite maintenant appliquer cette méthodologie aux questions liées à l'énergie", explique Felix Gunkel. "Pour la transition énergétique en particulier, nous devons développer des matériaux nouveaux et puissants et dépasser les frontières des disciplines spécialisées. Avec Scrambled Oxs, nous utilisons notre expertise pour développer de nouveaux matériaux catalytiques pour l'électrolyse".
Cela met en évidence l'une des forces particulières du Forschungszentrum Jülich : l'expertise dans des domaines tels que la nanoélectronique, la recherche sur les matériaux et la technologie de l'énergie est concentrée en un seul endroit. Scrambled Oxs est un exemple de la manière dont cette proximité favorise la recherche interdisciplinaire et, à son tour, les innovations pionnières.
Felix Gunkel de la division des matériaux électroniques de l'Institut Peter Grünberg (PGI-7)
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Bernd Nörig
Une nouvelle approche : des oxydes de précision atomique
Le Dr Gunkel se concentre sur certains oxydes dans Scrambled Oxs - en l'occurrence, des composés de métaux avec de l'oxygène. Nombre de ces oxydes métalliques complexes, tels que les pérovskites et les spinelles, sont des candidats prometteurs et peuvent être très actifs lorsqu'il s'agit de libérer de l'oxygène au cours de l'électrolyse. Cependant, ils vieillissent trop vite et perdent rapidement leur stabilité sous leur forme conventionnelle. C'est précisément là qu'intervient le projet.
"Afin d'accroître la stabilité des catalyseurs, nous devons mieux comprendre les processus déterminants pour le vieillissement et les contrecarrer par une conception ciblée des matériaux", explique M. Gunkel.
L'équipe de M. Gunkel développe des systèmes de couches d'oxyde sur mesure dans lesquels la couche d'oxyde active est enfermée entre deux matériaux stabilisants. Les couches sont empilées les unes sur les autres comme des briques Lego atomiques et peuvent être décollées comme un film à l'aide d'un nouveau procédé. Ce nouveau concept est dérivé des structures cœur-coquille, une conception polyvalente du domaine de la nanotechnologie qui protège efficacement les matériaux particulièrement sensibles.
Du matériau modèle à l'électrode réelle
Les membranes d'oxyde ainsi obtenues sont broyées en paillettes de taille nanométrique et incorporées dans un liquide pour créer une sorte d'encre catalytique - un mélange liquide qui peut être utilisé pour recouvrir des électrodes. Ce "brouillage" ciblé crée un nouveau matériau composite et a donné son nom au projet Scrambled Oxs.
Le composite ainsi obtenu permet pour la première fois de transférer les propriétés matérielles des oxydes stratifiés sur des structures d'électrodes réelles et de les examiner dans des conditions réalistes, c'est-à-dire exactement telles qu'elles seront utilisées plus tard dans les électrolyseurs. Ce n'est que si un matériau reste stable et actif non seulement dans le modèle de laboratoire mais aussi dans une électrode réelle que la consommation d'énergie peut être réduite et le temps de fonctionnement prolongé - deux conditions essentielles pour une production plus efficace et plus économique d'hydrogène vert.
Scrambled Oxs comble ainsi une lacune qui persistait jusqu'à présent : pour la première fois, les matériaux modèles peuvent également être examinés dans des conditions de réaction réelles afin d'en tirer des orientations concrètes pour le développement de futurs catalyseurs.
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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