Le graphène comme support de stockage d’hydrogène

Des couches d’un atome d’épaisseur, constituées de graphène pourraient devenir à l’avenir un matériau prometteur dans la récupération de l’hydrogène, selon une étude récemment publiée par l’Institut National des Standards et des Technologies (NIST) et de l’Université de Pennsylvanie.

En effet, les résultats du rapport suggèrent que des empilements de feuilles de graphène pourraient stocker l’hydrogène d’une manière plus sûre dans l’utilisation des piles à combustible par exemple. Le graphène est devenu un matériau très étudié ces dernières années en raison de ses propriétés conductrices, thermiques et optiques, ce qui pourrait le rendre intéressant dans des applications à base de capteurs ou de semi-conducteurs.

Le graphène se trouve à l’état naturel dans les cristaux de graphite, où il se présente sous la forme d’un empilement de feuilles. Dans cette forme initiale, il permet de stocker très peu d’hydrogène. Cependant, lorsque des feuilles d’oxyde de graphène sont empilées les unes sur les autres comme des étages d’un parking à plusieurs niveaux, et attachées par des molécules qui à la fois établissent un pont entre les couches tout en conservant un espace entre elles, alors l’ensemble résultant (baptisé : graphene oxide framework – GOF) sera en mesure d’accumuler de l’hydrogène en plus grande quantité.

"Ce que nous avons trouvé à ce jour, montre que les GOF peuvent contenir au moins 100 fois plus de molécules d’hydrogène qu’un oxyde de graphène ordinaire. La synthétisation peu coûteuse et la non-toxicité du graphène rend ce matériau prometteur pour les applications de stockage de gaz" explique le théoricien, Taner Yildirim du NIST.

Le GOFs peut retenir 1% de son poids en hydrogène à une température de -196 degrés Celcius et à une pression atmosphérique normale.

Une autre découverte potentiellement utile est la relation inhabituelle que présentent les GOFs entre la température et l’absorption d’hydrogène. Dans la plupart des matériaux de stockage, plus la température augmente, et plus l’absorption d’hydrogène s’effectue normalement. L’équipe de scientifiques a découvert que les GOFs se comportent très différemment. Bien qu’un GOF peut absorber l’hydrogène, il ne la récupére pas de manière significative au-dessous de -223 degrés Celsius. Par ailleurs, il ne la libère pas non plus au dessous de cette "température de blocage". Ces observations suggèrent que les GOFs pourraient être utilisés aussi bien pour stocker que pour libérer l’hydrogène si nécessaire, une exigence fondamentale dans la mise en place de piles à combustible.

"Nous allons essayer d’optimiser les performances des GOFs et explorer d’autres molécules liantes", déclare Jacob Burress, également du NIST. De plus, "nous voulons explorer la relation qu’existe entre cette température inhabituelle et la capacité d’absorption, ainsi que leur aptitude à capturer les gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et autres toxines comme l’ammoniaque".

La recherche sur les GOFs est financée en partie par le Département américain de l’énergie (DOE)

* J. Burress, J. Simmons, J. Ford and T.Yildirim. "Gas adsorption properties of graphene-oxide-frameworks and nanoporous benzene-boronic acid polymers." To be presented at the March meeting of the American Physical Society (APS) in Portland, Ore., March 18, 2010. An abstract is available at ht