Hydrogène : l’invention d’un catalyseur à atome unique « révolutionnaire » pour stocker les énergies renouvelables

Un groupe de chercheurs internationaux a créé un électrocatalyseur à base d’atome unique de platine. Le recours à cette technologie pourrait réduire le coût de l’électrolyse, tout en augmentant le rendement.

L’hydrogène joue un rôle crucial dans la transition énergétique mondiale pour atteindre la neutralité carbone d’ici à 2050. Les processus de production de ce vecteur d’énergie devraient afficher une faible empreinte carbone afin d’éviter le cercle vicieux du changement climatique. L’électrolyse en fait notamment partie, à condition qu’elle utilise uniquement des énergies renouvelables. Cette technique consiste à séparer les molécules d’eau en dihydrogène et en oxygène grâce à des réactions chimiques stimulées par des catalyseurs.

Généralement, les énergéticiens utilisent des catalyseurs en platine dans le processus de décomposition de l’eau. Cependant, le platine coûte cher en raison de sa rareté. Bien que ce métal précieux soit un excellent électrocatalyseur, il est essentiel de limiter son utilisation afin d’alléger le coût du système. Dans cette nouvelle étude, une équipe de scientifiques internationaux a réussi à fabriquer un catalyseur doté d’une faible quantité de platine, avec une efficacité élevée et une meilleure stabilité pendant les réactions catalytiques. Découverte.

Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Zhang Hua a développé avec succès un électrocatalyseur hautement efficace capable d'améliorer la production d'hydrogène grâce à la division électrocatalytique de l'eau.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Zhang Hua a développé avec succès un électrocatalyseur hautement efficace capable d’améliorer la production d’hydrogène grâce à la division électrocatalytique de l’eau. Crédit photo : City University (City U)

Qu’est-ce qui différencie ce nouveau catalyseur ?

Dans cette étude publiée dans la revue Nature, le professeur Zhang Hua de la City University (City U) collabore avec le professeur Anthony Kucernak de l’Imperial College. Il est également assisté par des scientifiques de l’instituts de recherche et d’universités de Hong Kong, de Singapour et du Royaume-Uni. Cette équipe internationale visait à créer un catalyseur bon marché, tout en préservant une efficacité supérieure dans les réactions électrocatalytiques d’évolution de l’hydrogène (HER). Pour ce faire, elle a développé des supports en nanofeuillets à base de sulfure de molybdène (MoS2) sur lesquels sont répartis des atomes de platine (Pt). Cette nouvelle méthode requiert une quantité de platine moins importante. D’ailleurs, celle-ci permet d’atteindre des performances élevées grâce à l’interaction du platine avec le molybdène qui stimule davantage la réaction.

Comment ces chercheurs ont-ils conçu ce matériau ?

D’après les scientifiques de la CityU, la culture des catalyseurs fins en platine sur des supports en nanofeuillets a abouti à la création des matériaux d’une haute pureté. Ensuite, l’équipe de l’Imperial College a effectué la caractérisation de ces matériaux. Elle a aussi conçu différents modèles et diverses méthodes afin d’évaluer le fonctionnement des modèles de catalyseurs synthétisés. Des tests rigoureux ont été réalisés dans le laboratoire du professeur Anthony Kucernak. Au bout de nombreux essais, les chercheurs ont constaté que le modèle s-Pt/1T′-MoS2 synthétisé était le catalyseur le plus efficace pour le processus HER. Selon eux, celui-ci peut fonctionner durant environ 500 h dans le système d’électrolyse d’eau.

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Professeur Zhang et son équipe de recherche à CityU. Crédit photo : City University (City U)

Les applications de ce nouvel électrocatalyseur à atome unique

Ce catalyseur à atome unique serait plus abordable et plus performant que ceux utilisés actuellement. Il pourrait être produit industriellement à coût plus réduit pour une utilisation de masse. Cette percée favorisera la démocratisation du stockage d’énergies solaires ou éoliennes sous forme d’hydrogène. Il convient de souligner que le Royaume-Uni vise à atteindre une capacité de production d’hydrogène décarboné de 10 GW d’ici à 2030.

En outre, ces scientifiques internationaux testeront d’abord cet électrocatalyseur bon marché dans les spin-outs rattachées au laboratoire du professeur Kucernak. Citons notamment l’entreprise RFC Power spécialisée dans les batteries à flux d’hydrogène et l’entreprise Bramble Energy dans les piles à combustibles. En effet, la technologie à atome unique de platine sert à convertir l’énergie renouvelable en stockage d’hydrogène. Par ailleurs, les chercheurs britanniques ont mis au point un autre catalyseur à atome unique de fer, destiné à stimuler la libération de l’énergie stockée. Plus d’informations : Imperial College / CityU / eurekalert.org

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Source
imperial.ac.ukcityu.edu.hk

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