La recherche en énergie propre franchit un nouveau cap avec le développement d’une méthode innovante visant à améliorer la réversibilité et la durabilité des électrodes dans les systèmes électrochimiques. Issue d’une collaboration internationale, elle promet de transformer la production d’hydrogène et d’oxygène, éléments clés de notre transition énergétique.
Le Dr Hyung-Suk Oh et le Dr Woong-Hee Lee du Centre de Recherche sur l’Énergie Propre de l’Institut Coréen des Sciences et Technologies (KIST), en collaboration avec POSTECH et l’Université Yonsei, ont mis au point une méthodologie pour améliorer la réversibilité et la durabilité des électrodes. Pour se faire, cette avancée s’appuie sur l’utilisation de catalyseurs en alliage de platine-nickel à structure octaédrique, capables de catalyser à la fois les réactions de réduction et de génération d’oxygène.
Les catalyseurs bifonctionnels : une nouvelle génération
Les catalyseurs bifonctionnels représentent une nouvelle génération de catalyseurs capables de produire simultanément de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de l’eau, en utilisant un seul et même catalyseur.
Actuellement, les systèmes électrochimiques tels que la technologie d’électrolyse de l’eau et la CCU (capture et utilisation du dioxyde de carbone) nécessitent des catalyseurs distincts pour chaque électrode, ce qui augmente le coût unitaire de production de l’hydrogène.
En revanche, les catalyseurs bifonctionnels, synthétisables en un seul processus de production, attirent l’attention comme une technologie susceptible de réduire les coûts de production et d’augmenter l’efficacité économique des technologies de conversion d’énergie électrochimique.
Amélioration de la réversibilité et de la durabilité
Pour améliorer la réversibilité et la durabilité des catalyseurs bifonctionnels, l’équipe a synthétisé des catalyseurs en alliage avec différentes structures en mélangeant du platine et du nickel, qui présentent de hautes performances dans les réactions de réduction et de génération d’oxygène, respectivement.
Les résultats expérimentaux ont montré que l’interaction nickel-platine était la plus active dans la structure octaédrique, et les catalyseurs en alliage ont affiché des performances plus de deux fois supérieures à celles des monolithes de platine et de nickel dans les réactions de réduction et de génération d’oxygène.
Une méthodologie de restauration structurelle
Les chercheurs ont identifié l’oxyde de platine généré lors de la réaction de génération répétée du catalyseur en alliage comme la cause de la dégradation des performances et ont développé une méthodologie de restauration structurelle pour réduire l’oxyde de platine en platine.
L’équipe a confirmé par microscopie électronique à transmission que la méthodologie restaurait la forme du catalyseur, et dans des expériences de réacteur de grande surface pour la commercialisation, l’équipe a réussi à restaurer la forme du catalyseur et à plus que doubler le temps de fonctionnement.
Impact sur la commercialisation et la neutralité carbone
Les catalyseurs bifonctionnels de l’équipe et la méthodologie de récupération structurelle devraient accélérer la commercialisation de la technologie des cellules à combustible renouvelables unitaires (URFCs) en remplaçant les catalyseurs séparés pour les réactions d’évolution et de réduction de l’oxygène par des catalyseurs bifonctionnels. Les URFCs, capables de produire à la fois de l’hydrogène et de l’électricité, peuvent réduire les coûts de production en diminuant l’apport de catalyseurs coûteux tout en maintenant la performance.
« La technologie pour améliorer la réversibilité et la durabilité des catalyseurs a fourni une nouvelle direction pour le développement de catalyseurs bifonctionnels, qui est une technologie importante pour les systèmes de conversion d’énergie électrochimique, » a déclaré Hyung-suk Oh, chercheur principal au KIST. « Elle contribuera à la commercialisation et à la neutralité carbone des systèmes électrochimiques tels que les URFCs à l’avenir. »
Article : « Activity restoration of Pt-Ni octahedron via phase recovery for anion exchange membrane-unitized regenerative fuel cells » – DOI: 10.1002/aenm.202302971
