Un catalyseur au fer pourrait rendre les batteries à hydrogène bien plus abordables

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Le fantasme de la voiture qui roule à l’eau ne date pas d’hier… Certains chercheurs n’ont cependant jamais cessé de tenter de faire de cette idée une réalité. Une équipe de scientifiques américains affirme avoir créé un catalyseur à base de fer. Cette avancée pourrait viabiliser la batterie à hydrogène d’un point de vue commercial.

En effet, l’un des freins majeurs dans l’utilisation de batteries à hydrogène n’est pas tant le dispositif en soi, car ce dernier existe déjà. En revanche, le catalyseur utilisé à l’intérieur est généralement composé de platine, un matériau extrêmement coûteux. Or, le catalyseur est essentiel dans le fonctionnement d’une pile à combustible. L’équipe de chercheurs, qui regroupe plusieurs universités américaines, a donc travaillé sur un catalyseur à base de fer pour réduire les coûts. L’étude a été publiée ce 7 juillet 2022 dans la revue Nature Energy.

Revenons déjà sur le terme de « pile à combustible ». Son appellation est en fait assez littérale. Ce type de dispositif remplit peu ou prou la même fonction qu’une pile classique, mais il fonctionne assez différemment. En effet, la pile à combustible ne tombe pas à court d’énergie, et n’a pas non plus besoin d’être rechargée. Elle est en mesure de produire de l’énergie tant qu’elle est alimentée en carburant. Les piles à combustible, expliquent les scientifiques, peuvent être utilisées dans beaucoup de contextes différents, et ont de très faibles émissions voire n’en produisent pas du tout.

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Elles sont donc assez convoitées d’un point de vue énergétique. Dans le cas d’une batterie à l’hydrogène, le seul produit de la combustion est l’eau. « Une telle avancée pourrait conduire à une révolution de l’énergie verte, avec tout, des ordinateurs portables aux locomotives fonctionnant avec un carburant dont le seul sous-produit est l’eau », peut-on lire dans un communiqué de l’University at Buffalo.

Une méthode pour « protéger » le fer

Cette idée vient de faire un pas vers la réalité, selon les scientifiques. En effet, ils ont conçu un catalyseur non plus à base de platine, mais de fer, un matériau bien moins coûteux. Pour rappel, le catalyseur est un élément ou une substance qui provoque une réaction chimique par sa présence. Il est crucial dans le fonctionnement d’une pile à combustible. En effet, c’est au contact de ce catalyseur que les atomes d’hydrogène vont réagir en se décomposant en électrons et en noyaux d’hydrogène.

 

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Comme on peut le voir dans cette vidéo, cette réaction est à la base du fonctionnement interne de la pile. En réalité, cela n’est pas la première fois qu’un catalyseur au fer est testé. Cependant, les essais ont démontré, expliquent les scientifiques, que de tels catalyseurs n’ont pas la durabilité nécessaire pour résister aux environnements hautement corrosifs et oxydants à l’intérieur des piles à combustible.

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Cette fois-ci, les chercheurs ont donc opéré légèrement différemment : ils n’ont pas utilisé uniquement du fer. Ils ont lié quatre atomes d’azote au fer. De plus, le matériau a aussi été intégré dans quelques couches de graphène, « avec un contrôle atomique précis des structures géométriques et chimiques locales », explique Gang Wu, auteur principal de l’étude. Le catalyseur ainsi produit a obtenu une cote de durabilité qui se rapproche des catalyseurs qui utilisent le platine. Il remplit aussi les objectifs requis par l’U.S. Department of Energy (DOE) en matière de densité de courant électrique.

« Cela a mis des années à prendre forme », affirme Gang Wu. « Nous pensons qu’il s’agit d’une véritable percée, qui contribuera à terme à libérer l’énorme potentiel des piles à combustible à hydrogène ». Leur étude pourrait en effet ouvrir la voie à des batteries à hydrogène plus abordables. Les scientifiques poursuivent toutefois leurs recherches afin d’apporter des améliorations à leur prototype.

Source : Nature Energy

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