Hydrogène : des semi-conducteurs pour des piles hydrogène plus performantes

Hydrogène : des semi-conducteurs pour des piles hydrogène plus performantes
Des chercheurs de l’Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) ont trouvé comment améliorer les performances des piles hydrogène en employant la technologie de fabrication des semi-conducteurs.

Dans une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), telle qu’on en trouve pour la mobilité, l’énergie électrique est obtenue par réaction de l’oxygène de l’air avec des électrons et des ions hydrogène. Ce scénario est rendu possible grâce à l’emploi d’un catalyseur le plus souvent à base de matériaux rares et coûteux. Ainsi le platine. La démocratisation des véhicules électriques alimentés à l’hydrogène passe par la recherche de solutions à meilleur marché. Des équipes universitaires travaillent sur ce sujet. Ainsi au sein du Kist installé au pays de production du SUV Nexo et du camion porteur XCient, tous les 2 développés par Hyundai.

Pulvérisation de nanoparticules

L’équipe de scientifiques du Centre de recherche sur les piles à combustible à hydrogène pour le Kist semble avoir trouvé une méthode prometteuse. Dirigée par le professeur Sung Jong Yoo, elle propose d’exploiter une technologie de fabrication des semi-conducteurs.

Concrètement, il s’agit de synthétiser des nanoparticules métalliques en appliquant un procédé physique de pulvérisation. Et ce, à la place des traitements habituels basés sur des réactions chimiques complexes. Également onéreux, les processus classiques alourdissent encore le coût de revient des piles à combustible sur leur cycle de vie. En partie parce que leur nocivité sur l’homme et l’environnement impose de trouver des procédés pour les traiter lorsque la PAC H2 est en fin de vie.

Glucose et plasma

La technologie mise en avant par les chercheurs du Kist est basée sur la formation d’un substrat appelé « Glucose ». Ce support va recevoir des nanoparticules arrachées des matériaux souhaités en utilisant un plasma gazeux ionisé. Les fragments métalliques à l’état de vapeur vont former un film très mince servant ensuite de catalyseur au sein des piles à combustible.

Une méthode jugée beaucoup plus simple par l’équipe du professeur Sung Jong Yoo, et qui permettrait de surmonter les limites des actuels processus de synthèse chimique. De quelles limites parle-t-on ici ? En particulier d’un manque de diversité des matériaux pouvant être employés comme catalyseur. En cause des métaux pas ou peu compatibles avec la synthèse chimique, contrairement au platine, par exemple. S’y ajoutent les conditions spécifiques à mettre en œuvre pour chacun des matériaux afin d’en obtenir des nanoparticules.


Des combinaisons de matériaux possibles

Cette nouvelle méthode mise au point par les scientifiques coréens permet non seulement de pouvoir utiliser une plus grande diversité de matériaux, mais en plus ouvre la possibilité de les combiner ensemble. C’est d’ailleurs ce qu’a voulu tester l’équipe du professeur Sung Jong Yoo.

Les chercheurs ont créé un catalyseur mêlant 3 matériaux, en ajoutant à l’habituel platine des nanoparticules de cobalt et de vanadium. Ce qui leur a permis de constater qu’avec de tels alliages il est possible d’obtenir de bien meilleures performances des piles à combustible hydrogène. L’activité du nouveau catalyseur a été 7 fois supérieure à une base platine, et 3 fois meilleure qu’avec un mélange platine-cobalt. Leurs expérimentations ont également mis au jour que l’ajout de vanadium pouvait améliorer dans tous les cas les performances du catalyseur, en optimisant l’énergie de liaison platine-oxygène grâce à une assistance informatique.

Une découverte portable à d’autres domaines

« Grâce à ces expérimentations, nous avons développé une méthode de synthèse basée sur un nouveau concept qui peut être appliquée à la recherche axée sur les nanoparticules métalliques en vue du développement de systèmes d’électrolyse de l’eau, mais aussi de cellules solaires et de produits pétrochimiques », s’est réjoui le professeur Sung Jong Yoo.

« Nous nous efforcerons d’établir une économie de l’hydrogène complète et de développer une technologie neutre en carbone en appliquant des nanoparticules d’alliage avec de nouvelles structures. Ce qui a été difficile à mettre en œuvre jusqu’à présent. Cette avancée aidera à faire émerger des technologies énergétiques respectueuses de l’environnement, y compris pour les piles à combustible hydrogène », a-t-il assuré.

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