L'exploitation des données révèle 68 nouveaux électrocatalyseurs potentiels

Une équipe de chercheurs a exploré la possibilité d’utiliser l’exploitation des données pour accélérer l’identification des électrocatalyseurs à base d’oxydes métalliques à faible coût, une démarche qui pourrait accélérer la transition mondiale vers une énergie renouvelable.

Une recherche pour une énergie durable

La dépendance mondiale aux combustibles fossiles a poussé les scientifiques à explorer les sources d’énergie renouvelable.

Les technologies de conversion électrochimique, comme l’alimentation par pile à combustible, l’électrolyse de l’eau et les batteries métal-air, offrent des stratégies prometteuses pour une transition vers un avenir énergétique durable. La dépendance à l’égard des métaux précieux dans de nombreuses réactions électro-catalytiques pose en revanche des défis économiques et environnementaux.

Les oxydes métalliques ont le potentiel de changer la donne grâce à leur stabilité et leur coût inférieur à celui des métaux précieux, en particulier dans des conditions électro-catalytiques alcalines. Cependant, la recherche de ces oxydes métalliques est gourmande en ressources, les scientifiques s’appuyant sur un processus d’essai et d’erreur.

L’exploitation des données comme solution

« L’exploitation des données est une solution viable à ce problème, nous avons donc décidé d’explorer les opportunités et les défis de l’adoption de cette stratégie pour trouver des oxydes métalliques », précise Hao Li, professeur associé à l’Institut avancé pour la recherche sur les matériaux (WPI-AIMR) de l’Université de Tohoku et auteur correspondant de l’article.

Pour ce faire, Hao Li, avec ses collègues, a exploité les données disponibles dans la base de données du Materials Project, identifiant 68 électrocatalyseurs à base d’oxydes métalliques stables prometteurs dans des conditions spécifiques.

Flux de travail du processus d’exploration de données pour identifier les oxydes métalliques (MO) stables en milieu aqueux. a) Organigramme du processus d’exploration de données pour identifier les MO stables à partir de la base de données du Materials Project. b) Nombre de MO après chaque étape de sélection et c) MO stables en vrac triés par le nombre d’éléments métalliques. d) Nombre de MO stables en milieu aqueux dans différentes conditions. Crédit : Hao Li et al.

Des résultats prometteurs mais nécessitant des ajustements

Les chercheurs ont noté que la base de données promouvait le Sb2WO6 comme un oxyde métallique stable en acide. Cependant, les chercheurs ont constaté que cela contredisait les observations expérimentales ultérieures dans des conditions ORR alcalines.

Des caractérisations post-catalyse supplémentaires, des analyses de l’état de surface électrochimique et une modélisation microcinétique couplée au pH ont révélé que la surface du Sb2WO6 subit une passivation électrochimique sous les potentiels ORR et forme une surface active et stable pour la réaction de réduction de l’oxygène (ORR) à 4 électrons.

Les résultats de l’étude indiquent que si l’exploitation des données est prometteuse, un affinement supplémentaire est nécessaire pour une adoption généralisée. « Une stratégie raffinée doit être développée qui prend en compte la stabilité de surface induite par l’électrochimie et l’activité », a souligné Hao Li.

En synthèse

Les chercheurs espèrent à l’avenir explorer d’autres électrocatalyseurs pour la réaction d’évolution de l’oxygène et la réaction d’évolution de l’hydrogène en combinant l’exploitation des données, l’analyse de l’état de surface et l’analyse de l’activité.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’exploitation des données ?

L’exploitation des données est un processus qui consiste à analyser de grandes quantités de données pour découvrir des modèles et des tendances qui sont cachés dans les données.

Qu’est-ce qu’un électrocatalyseur ?

Un électro-catalyseur est une substance qui accélère les réactions électrochimiques.

Qu’est-ce que la réaction de réduction de l’oxygène (ORR) ?

La réaction de réduction de l’oxygène est une réaction chimique qui se produit dans les piles à combustible et les batteries métal-air, où l’oxygène (O2) est réduit pour produire de l’eau (H2O).

Qu’est-ce que la réaction d’évolution de l’oxygène (OER) ?

La réaction d’évolution de l’oxygène est une réaction chimique qui se produit dans les électrolyseurs, où l’eau (H2O) est oxydée pour produire de l’oxygène (O2).

Qu’est-ce que la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER) ?

La réaction d’évolution de l’hydrogène est une réaction chimique qui se produit dans les électrolyseurs, où l’eau (H2O) est réduite pour produire de l’hydrogène (H2).