Les champs magnétiques au service de l’énergie propre

Les chercheurs explorent sans relâche des voies innovantes pour améliorer les processus de production de carburants durables. L’électrocatalyse, un outil essentiel dans la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique et vice versa, est déjà utilisée dans diverses technologies d’énergie verte.

Les méthodes traditionnelles d’électrocatalyse ne parviennent souvent pas à maximiser le transport des réactifs vers la surface du catalyseur, ce qui réduit l’efficacité globale de la réaction et ralentit nos progrès vers des solutions d’énergie propre. Des scientifiques de l’EPFL ont développé une nouvelle approche pour suivre les processus fondamentaux qui améliorent l’efficacité de la production de carburants propres, en se concentrant sur l’intersection prometteuse des champs magnétiques et de l’électrocatalyse.

Des forces de Lorentz pour améliorer le transport des réactifs

L’étude a montré que l’application de champs magnétiques autour des catalyseurs crée des forces de Lorentz – les forces qu’exercent les champs magnétiques sur les charges électriques en mouvement. Ces forces induisent des mouvements tourbillonnants qui améliorent le déplacement des réactifs et des produits à la surface du catalyseur, assurant une réaction plus constante et plus rapide, mais aussi en surmontant les limitations posées par la rareté des réactifs, un obstacle courant dans des réactions comme la réaction de réduction de l’oxygène (ORR), essentielle pour les piles à combustible.

Pour réaliser cela, les chercheurs ont dû construire un outil permettant d’observer le mouvement des ions en temps réel sous un champ magnétique, en utilisant un dispositif magnéto-électrochimique avancé. Magalí Lingenfelder s’est tournée vers son voisin et expert en spintronique, le professeur Jean-Philippe Ansermet, qui avait également étudié les effets de spin en électrochimie, pour mettre au point le dispositif sophistiqué.

Découpler les effets pour observer l’impact des champs magnétiques

En appliquant des champs magnétiques à des électrodes non magnétiques et en surveillant les réactions, les scientifiques ont pu découpler les différents effets et observer comment les forces magnétiques peuvent remuer et améliorer le mouvement des réactifs autour du catalyseur. Ce processus, semblable à la création de mini-tourbillons, améliore considérablement l’efficacité des réactions cruciales pour la production d’hydrogène vert, offrant une voie prometteuse pour faire progresser les technologies d’énergie durable.

L’étude montre une augmentation de plus de 50% de l’activité pour la réaction de réduction de l’oxygène induite par des champs magnétiques sur des interfaces non magnétiques. Cela représente un bond substantiel en termes d’efficacité, mais surtout, cela a permis à l’équipe de résoudre de nombreuses controverses fondamentales dans ce domaine en démontrant les mécanismes et les conditions nécessaires pour que les champs magnétiques améliorent différentes réactions électrocatalytiques impliquant des produits ou des réactifs gazeux comme l’hydrogène et l’oxygène.

Vers une production de carburants durables plus efficace

L’étude démontre l’utilisation de champs magnétiques pour améliorer l’efficacité de l’électrocatalyse, ce qui peut nous propulser vers une production de carburants durables plus efficace. Elle peut révolutionner les technologies de conversion d’énergie, rendre les piles à combustible plus largement adoptées, par exemple dans les véhicules à hydrogène, et augmenter la production d’hydrogène en tant que source d’énergie propre.

Article : « Enhancement of electrocatalysis through magnetic field effects on mass transport » – DOI: 10.1038/s41467-024-46980-8