Un catalyseur d’éthanol comparable au platine, mais bien moins cher

Les piles à combustible à l’éthanol sont considérées comme des sources prometteuses d’électricité verte. Leur production nécessite toutefois l’utilisation de catalyseurs au platine coûteux. Des recherches menées par des scientifiques polonais ont conduit à la découverte de matériaux qui catalysent l’éthanol avec une efficacité similaire, voire supérieure, à celle du platine, mais qui sont constitués d’un élément bien moins cher que le platine.

Le processus de fusion laser

Lorsqu’une suspension de nanoparticules est irradiée par des impulsions laser, les particules dans la suspension peuvent commencer à fondre et à se coller de manière permanente, tout en subissant rapidement des réactions chimiques plus ou moins complexes.

L’un des matériaux récemment obtenus de cette manière, produit à l’Institut de physique nucléaire de l’Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) à Cracovie, s’avère avoir une efficacité surprenante dans la catalyse de l’éthanol, un composé considéré comme une source d’énergie prometteuse pour les piles à combustible.

L’éthanol : une source d’énergie prometteuse

L’éthanol est un carburant présentant de nombreux avantages : il peut être produit de manière renouvelable (par exemple, à partir de biomasse), il peut être facilement stocké et présente une faible toxicité. Ce qui est particulièrement important, c’est le fait qu’on peut obtenir jusqu’à plusieurs fois plus d’électricité à partir d’une unité de masse d’éthanol par rapport aux sources d’énergie populaires actuelles.

Les défis des piles à combustible à l’éthanol

L’électricité dans les piles à combustible alimentées à l’éthanol est générée par des processus associés à l’oxydation de cet alcool sur la couche de catalyseur de la réaction. Malheureusement, les catalyseurs actuels ne permettent pas l’oxydation rapide et complète de l’éthanol en eau et en dioxyde de carbone.

En conséquence, les cellules ne parviennent pas seulement à atteindre une efficacité maximale, mais produisent également des sous-produits indésirables qui se déposent sur le catalyseur et, avec le temps, entraînent la disparition de ses propriétés.

Un nouveau catalyseur prometteur

« Un obstacle considérable au succès commercial des piles à combustible à l’éthanol est également leur prix. Le catalyseur que nous avons trouvé peut avoir un impact significatif sur sa réduction et, par conséquent, sur la disponibilité de nouvelles cellules sur le marché des consommateurs. En effet, son composant principal n’est pas le platine, mais le cuivre, qui est presque 250 fois moins cher que le platine », explique le Dr Mohammad Shakeri (IFJ PAN), auteur principal de l’article dans la revue Advanced Functional Materials.

En synthèse

Les tests sur les propriétés du catalyseur produit par les physiciens de Cracovie se sont terminés par des résultats optimistes. Le composite sélectionné a conservé la capacité d’oxyder entièrement l’éthanol même après plusieurs heures d’utilisation.

De plus, son efficacité électrocatalytique s’est avérée comparable à celle des catalyseurs au platine actuels. Du point de vue scientifique, ce résultat est positivement étonnant. Il semble probable, donc, que si les physiciens parviennent à réduire la taille des particules à l’avenir, l’efficacité du nouveau catalyseur pourrait encore augmenter.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la fusion laser de nanoparticules ?

Lorsqu’une suspension de nanoparticules est irradiée par des impulsions laser, les particules dans la suspension peuvent commencer à fondre et à se coller de manière permanente, tout en subissant rapidement des réactions chimiques plus ou moins complexes.

Pourquoi l’éthanol est-il considéré comme une source d’énergie prometteuse ?

L’éthanol est un carburant présentant de nombreux avantages : il peut être produit de manière renouvelable (par exemple, à partir de biomasse), il peut être facilement stocké et présente une faible toxicité. De plus, on peut obtenir jusqu’à plusieurs fois plus d’électricité à partir d’une unité de masse d’éthanol par rapport aux sources d’énergie populaires actuelles.

Quels sont les défis des piles à combustible à l’éthanol ?

Les catalyseurs actuels ne permettent pas l’oxydation rapide et complète de l’éthanol en eau et en dioxyde de carbone. En conséquence, les cellules ne parviennent pas seulement à atteindre une efficacité maximale, mais produisent également des sous-produits indésirables qui se déposent sur le catalyseur et, avec le temps, entraînent la disparition de ses propriétés.

Qu’est-ce qui rend le nouveau catalyseur prometteur ?

Le catalyseur découvert est principalement constitué de cuivre, qui est presque 250 fois moins cher que le platine. De plus, il a conservé la capacité d’oxyder entièrement l’éthanol même après plusieurs heures d’utilisation, et son efficacité électrocatalytique s’est avérée comparable à celle des catalyseurs au platine actuels.

Quels sont les prochains pas pour cette recherche ?

Si les physiciens parviennent à réduire la taille des particules à l’avenir, l’efficacité du nouveau catalyseur pourrait encore augmenter.

Principaux enseignements

Références

Légende illustration principale : Phases successives d’agglomération des nanoparticules de cuivre et de ses oxydes, survenant dans les 200 premières picosecondes de la fusion laser : en haut sur les images microscopiques (mag. 50000x), en bas sur la simulation informatique. Crédit : IFJ PAN

Advanced Functional Materials, Institut de physique nucléaire de l’Académie polonaise des sciences