Les piles à combustibles sont aujourd’hui très à l’étude pour les applications commerciales grand public, comme l’automobile. Cependant, même après plusieurs décennies, elles n’ont pas encore percé, à part pour les applications spatiales.
La raison principale de ceci est le prix de fabrication, si l’on veut une pile suffisamment efficace pour être utilisée en remplacement du pétrole dans les voitures. En effet, le meilleur catalyseur connu aujourd’hui pour les réactions chimiques entre l’oxygène et l’hydrogène, à la base du fonctionnement de la plupart des piles à combustible, est le platine et son prix reste un obstacle majeur.
A l’université de Rochester, dans l’état de New York, James Li, professeur d’ingénierie mécanique et son étudiant doctorant Jianglan Shui ont fabriqué des nanofils de platine très fins (dix nanomètres de diamètre) et très long (plusieurs centimètres) qui pourraient augmenter la durée de vie et l’efficacité des piles, tout en utilisant moins de platine.
Les nanofils produits par James Li et Jianglan Shui sont suffisamment longs pour se maintenir ensemble sans support particulier et qui peut facilement être utilisé pour les électrodes des piles à combustible. Grâce à un procédé d’électro-rotation (procédé utilisé pour créer des fibres longues et très fines), Li et Shui ont été capables de créer les nanofils de platine qui sont des milliers de fois plus longs que n’importe quels nanofils créés jusqu’à maintenant.
Dans de nombreuses recherches, on utilise des nanoparticules de platine comme catalyseur sur les électrodes des piles, l’idée étant que la surface de catalyseur active sur les électrodes de carbone est significativement augmentée, permettant donc une efficacité plus importante. Mais le professeur Li met en évidence deux problèmes liés à l’utilisation des nanoparticules de platine.
D’abord, lors du procédé de dépôt des nanoparticules, par diffusion de surface sur les électrodes, elles peuvent former des amas ce qui réduit la surface active. Le deuxième problème est que les nanoparticules ne peuvent pas se maintenir en place par elles mêmes, et donc elles doivent être accrochées au électrodes, ce qui est difficile avec les électrodes de carbone.
Certaines nanoparticules sont alors perdues car elles ne sont pas suffisamment bien accrochées. Ces deux problèmes sont résolus grâce à l’utilisation de ces très longs nanofils. La raison pour laquelle les nanofils de platine n’ont pas été utilisés avant est qu’il est très dur de les fabriquer. Les paramètres affectant la morphologie des fils est complexe. Et lorsqu’ils ne sont pas suffisamment longs, ils se comportent comme les nanoparticules.
Un des challenges clés que les chercheurs ont réussi à surmonter est de réduire la formation de grains le long des nanofils. Si les nanofils ne sont pas bien finis, ils ressemblent plus à une enfilade de perles qu’à un fil lisse et peuvent se casser facilement. De plus, considérant le prix du platine, il est important de ne pas perdre des nanofils lors de la fabrication de la pile. L’objectif de l’équipe est de fabriquer des nanofils avec encore moins de défauts et encore plus longs, puis les chercheurs pourront fabriquer une pile à combustible pour prouver l’efficacité de ce nouveau type de catalyseur.
