Des chercheurs multiplient par 55 l’efficacité de l’électrolyse grâce au nickel

La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est une technologie prometteuse pour un avenir énergétique plus propre. Cependant, les défis liés à l’efficacité et aux coûts de production ont freiné son développement. Une équipe de chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) a récemment publié une étude qui pourrait changer la donne.

L’équipe de recherche collaborative, composée du professeur Jong Kyu Kim, de Jaerim Kim, doctorante, du professeur Yong-Tae Kim et du docteur Sang-Mun Jung du département des sciences et de l’ingénierie des matériaux de POSTECH, a réussi à développer un catalyseur économique et efficace pour l’électrolyse de l’eau.

Les limites des catalyseurs conventionnels

Les processus d’électrolyse de l’eau utilisent généralement des métaux précieux coûteux comme le platine en tant que catalyseurs pour la production d’hydrogène, ce qui rend le processus excessivement onéreux. De plus, l’utilisation de catalyseurs conventionnels en couche mince entraîne souvent une séparation inadéquate des bulles d’hydrogène, bloquant les sites actifs du catalyseur ou entravant le mouvement des réactifs, diminuant ainsi l’efficacité du processus.

Pour surmonter ces obstacles, l’équipe de recherche s’est tournée vers la méthode de dépôt à angle oblique et le nickel. Cette technique permet de créer facilement diverses nanostructures du matériau en inclinant le substrat pendant le dépôt, offrant une solution simple et peu coûteuse. De plus, le nickel est un catalyseur abondant et non précieux sur Terre, démontrant une efficacité relativement élevée dans la production d’hydrogène.

Des nanostructures innovantes pour une meilleure efficacité

L’équipe a utilisé la méthode de dépôt à angle oblique pour synthétiser du nickel présentant des protubérances de nanorods verticalement alignés finement conçus. Contrairement aux nanostructures conventionnelles qui augmentent simplement la surface du catalyseur, les chercheurs ont conçu un réseau de nanorods de nickel hautement poreux, présentant des propriétés de surface superaérophobe uniques pour résoudre les problèmes d’adhérence de l’hydrogène.

Les résultats expérimentaux ont révélé que les bulles d’hydrogène générées pendant le processus d’électrolyse présentaient une séparation accélérée de la surface superaérophobe. Le catalyseur de nanorods de nickel tridimensionnel superaérophobe de l’équipe, avec des canaux poreux efficaces, a démontré une amélioration remarquable de 55 fois de l’efficacité de production d’hydrogène par rapport à une quantité équivalente de nickel dans une structure de film mince traditionnelle.

Vers une économie de l’hydrogène et une société neutre en carbone

Le professeur Jong Kyu Kim et la doctorante Jaerim Kim, qui dirigent la recherche, ont expliqué : « En améliorant l’efficacité du processus d’électrolyse de l’eau pour la production d’hydrogène vert, nous progressons vers une économie de l’hydrogène et une société neutre en carbone. »

Ils ont ajouté que cette percée ne profite pas seulement à l’électrolyse de l’eau, mais est également prometteuse pour diverses autres applications d’énergie renouvelable où les réactions de surface jouent un rôle crucial, telles que la réduction du dioxyde de carbone et les systèmes de conversion de l’énergie lumineuse.

Article : « Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Reaction Using Superaerophobic Ni Nanoarrays with Accelerated H2 Bubble Release » – DOI: 10.1002/adma.202305844

Cette étude a été financée par le Programme de développement technologique de l’innovation en matière d’énergie hydrogène, le Programme d’établissement d’une fondation de coopération internationale. Cooperation Foundation, le Future Innovation Infrastructure Research for Radiology Program et le Future Material Discovery Program de Corée.