Electrolyseurs
Comment les bulles de gaz influencent la production d'hydrogène
Une équipe germano-néerlandaise révèle que les bulles d’hydrogène formées dans les électrolyseurs contiennent des microgouttelettes d’électrolyte. Une avancée qui pourrait améliorer leur rendement.
Dans un électrolyseur, l’hydrogène est produit par séparation de l’eau sous l’effet d’un courant électrique. Ce processus est énergivore, en partie à cause de la formation de bulles de gaz sur les électrodes. Ces bulles peuvent bloquer la surface active de l’électrode, réduisant ainsi l’efficacité du système.
Une équipe dirigée par le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), en collaboration avec des chercheurs néerlandais, vient de mettre en lumière un phénomène jusqu’ici inobservé : la présence de fines gouttelettes de liquide à l’intérieur même des bulles de gaz.
« Au niveau des électrodes, de nombreuses microbulles minuscules forment d’abord une sorte de tapis puis fusionnent rapidement en une grosse bulle. Une partie de l’énergie de surface des petites bulles est convertie en énergie cinétique et peut déformer l’interface entre le gaz et l’électrolyte à tel point que le fluide électrolytique pénètre dans la bulle. Le liquide est injecté dans la grande bulle à grande vitesse sous forme de « microjet » et se décompose en un nuage de minuscules gouttelettes qui tourbillonnent à travers la bulle en suivant le flux interne » explique les scientifiques.
Ce phénomène engendre des tourbillons internes, visibles grâce aux microgouttelettes utilisées comme traceurs. Le mécanisme serait induit par un effet appelé Marangoni.
« Comprendre la dynamique des bulles de gaz est un élément essentiel pour rendre les électrolyseurs plus efficaces » a souligné Kerstin Eckert, directrice de l’Institut de dynamique des fluides du HZDR.
Dans un électrolyseur, l’hydrogène est produit par séparation de l’eau sous l’effet d’un courant électrique. Ce processus est énergivore, en partie à cause de la formation de bulles de gaz sur les électrodes. Ces bulles peuvent bloquer la surface active de l’électrode, réduisant ainsi l’efficacité du système.
Une équipe dirigée par le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), en collaboration avec des chercheurs néerlandais, vient de mettre en lumière un phénomène jusqu’ici inobservé : la présence de fines gouttelettes de liquide à l’intérieur même des bulles de gaz.
Une méthode d'observation inédite
S’appuyant sur un dispositif de visualisation par ombrage et une caméra haute précision, les scientifiques ont pu suivre la dynamique interne des bulles via ces microgouttelettes.« Au niveau des électrodes, de nombreuses microbulles minuscules forment d’abord une sorte de tapis puis fusionnent rapidement en une grosse bulle. Une partie de l’énergie de surface des petites bulles est convertie en énergie cinétique et peut déformer l’interface entre le gaz et l’électrolyte à tel point que le fluide électrolytique pénètre dans la bulle. Le liquide est injecté dans la grande bulle à grande vitesse sous forme de « microjet » et se décompose en un nuage de minuscules gouttelettes qui tourbillonnent à travers la bulle en suivant le flux interne » explique les scientifiques.
Ce phénomène engendre des tourbillons internes, visibles grâce aux microgouttelettes utilisées comme traceurs. Le mécanisme serait induit par un effet appelé Marangoni.
Vers des électrolyseurs plus efficients
Les bulles de gaz restent un défi commun à toutes les architectures d’électrolyseurs, qu’ils soient alcalins ou à membrane. La découverte ouvre donc la voie à des optimisations futures, tant au niveau du design que des matériaux utilisés.« Comprendre la dynamique des bulles de gaz est un élément essentiel pour rendre les électrolyseurs plus efficaces » a souligné Kerstin Eckert, directrice de l’Institut de dynamique des fluides du HZDR.
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