Des chercheurs de l’EPFL et de l’Université de Kyoto ont créé un liquide stable riche en hydrogène formé par le mélange de deux produits chimiques simples. Cette avancée pourrait rendre le stockage de l’hydrogène plus facile, plus sûr et plus efficace à température ambiante.
L’hydrogène peut être le carburant propre de l’avenir, mais il n’est pas simple de le faire passer du laboratoire à la vie de tous les jours. La plupart des matériaux riches en hydrogène sont solides à température ambiante, ou ne deviennent liquides que dans des conditions extrêmes, comme une pression élevée ou des températures de congélation.
Même des matériaux tels que le borane ammoniacal, un composé solide riche en hydrogène qui peut stocker une grande quantité d’hydrogène, sont difficiles à utiliser parce qu’ils ne libèrent de l’hydrogène que lorsqu’ils sont chauffés, ce qui produit souvent des sous-produits indésirables.
La fabrication d’un liquide riche en hydrogène qui reste stable à des températures normales pourrait faciliter grandement le stockage et le transport de l’hydrogène. En fait, des efforts ont été déployés pour améliorer le stockage de l’hydrogène en modifiant la composition chimique des matériaux de stockage actuels ou en ajoutant des substances qui facilitent la libération de l’hydrogène.
Un domaine prometteur est celui des solvants eutectiques profonds (DES), qui sont des mélanges qui fondent à des températures inférieures à celles de leurs composants. Cet aspect est important pour le stockage de l’hydrogène, car les DES peuvent transformer des matériaux solides riches en hydrogène en liquides faciles à manipuler à des températures beaucoup plus basses. Jusqu’à présent, cependant, aucun de ces DES n’avait utilisé de composants hydrides, qui sont particulièrement riches en hydrogène et pourraient ouvrir de nouvelles voies pour stocker davantage d’hydrogène sous forme liquide.
Les scientifiques des groupes des professeurs Andreas Züttel à l’EPFL et Satoshi Horike à l’Université de Kyoto ont développé le premier exemple d’un DES à base d’hydrure : un liquide transparent, stable et riche en hydrogène qui reste liquide à température ambiante. Le nouveau DES peut contenir jusqu’à 6,9 % d’hydrogène en poids, dépassant ainsi plusieurs objectifs techniques pour le stockage de l’hydrogène, notamment ceux fixés pour 2025 par le ministère américain de l’énergie.
Pour fabriquer le nouveau DES, les chercheurs ont mélangé physiquement du borane d’ammoniac et du borohydrure de tétrabutylammonium en différentes quantités afin de déterminer quelle(s) combinaison(s) resterait(ent) liquide à température ambiante. Le bon rapport (entre 50 % et 80 % de borane ammoniacal) a produit un liquide stable qui est resté amorphe, c’est-à-dire qu’il n’a pas reformé de cristaux, même à des températures froides.
En utilisant la spectroscopie, les chercheurs ont confirmé que les molécules formaient de fortes liaisons hydrogène, brisant leur structure solide habituelle et maintenant le mélange liquide jusqu’à moins 50 °C. Des tests ont montré que le nouveau liquide pouvait libérer de l’hydrogène lorsqu’il était chauffé à seulement 60 °C, une température bien inférieure à celle de la plupart des solides riches en hydrogène. Cela signifie que l’hydrogène est accessible plus facilement et plus efficacement, ce qui rend son stockage et son utilisation beaucoup plus pratiques pour les applications réelles.
Le mélange de borane ammoniacal et de borohydrure de tétrabutylammonium crée un nouveau liquide riche en hydrogène qui ne cristallise pas dans des conditions normales. La transition vitreuse, c’est-à-dire le moment où le liquide devient vitreux, se produit à -50 °C, une température bien inférieure à nos conditions quotidiennes.
Le mélange reste stable pendant des semaines s’il est conservé au sec, et sa densité est l’une des plus faibles rapportées pour des liquides similaires. Lorsqu’il est chauffé, il libère de l’hydrogène pur à des températures relativement basses, sans produire beaucoup d’impuretés. Seule la partie ammoniaque-borane se décompose en premier, ce qui signifie que certaines parties du mélange pourraient être réutilisées.
Ce nouveau DES pourrait rendre le stockage et le transport de l’hydrogène beaucoup plus simples et plus sûrs. Au lieu de recourir à des réservoirs à haute pression ou à des liquides très froids, les industries pourraient utiliser des vecteurs d’hydrogène stables et faciles à manipuler à température ambiante.
Au-delà du stockage de l’hydrogène, ces résultats pourraient déboucher sur de nouveaux liquides personnalisés pour d’autres usages, tels que la production chimique ou l’énergie verte. Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour la recherche sur l’hydrogène et la technologie énergétique pratique.
Références : Loris Giovanni Lombardo, Taichi Nishiguchi, Thi Ha My Pham, Andreas Züttel, Satoshi Horike (2025). Deep Eutectic Solvents Formed by Complex Hydrides: A New Class of Hydrogen-Rich Liquid. Advanced Materials 22 juin 2025. DOI: 10.1002/adma.202502566
Source : EPFL
Fiche Synthèse
Public cible : professionnels du secteur de l’énergie, ingénieurs chimistes, chercheurs, industriels cherchant des solutions sûres et efficaces pour le stockage et le transport de l’hydrogène ; particuliers s’interrogeant sur les nouveaux modes de stockage propres pour le futur.
Problématique courante :
- Comment stocker et transporter l’hydrogène de façon sûre, simple et efficace à température ambiante, sans recourir à des pressions extrêmes ni à la cryogénie ?
- Quels sont les matériaux innovants pour le stockage d’hydrogène liquide et comment fonctionnent-ils ?
Nouveauté : un liquide eutectique profond (DES) à base d’hydrures, une solution innovante pour le stockage de l’hydrogène
Des chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et de l’Université de Kyoto annoncent le développement d’un liquide transparent, riche en hydrogène, stable à température ambiante, grâce à la conception d’un deep eutectic solvent (DES) à base d’hydrures. Cette innovation marque une avancée significative pour le stockage et le transport de l’hydrogène dans des conditions réalistes et sûres.
Réponses aux principales questions utilisateurs
1. Quels sont les avantages de cette nouvelle solution de stockage de l’hydrogène ?
- Stabilité à température ambiante : le liquide reste stable sans cristalliser, même à -50°C, ce qui élimine la nécessité d’une compression ou d’une réfrigération coûteuse.
- Facilité de manipulation : absence de risque d’explosion lié à la compression et possibilité de stockage en conditions ordinaires.
- Efficacité énergétique : le liquide libère de l’hydrogène pur en chauffant à seulement 60°C, bien plus bas que pour la plupart des matériaux riches en hydrogène existants.
- Sécurité accrue : pas de sous-produits indésirables majeurs lors de la libération d’hydrogène.
2. Matériaux clés utilisés
- Borohydrure de tétrabutylammonium et ammoniaque borane sont simplement mélangés dans des proportions optimales (50 à 80% d’ammoniaque borane) : ce ratio permet d’obtenir un liquide amorphe stable à la fois à température ambiante et à froid.
- Premiers DES à base d’hydrures : ouvre la voie au développement de solvants et liquides personnalisés pour de futurs usages énergétiques.
3. Cas d’utilisation concrets
- Industrie automobile : stockage embarqué pour piles à hydrogène, répondant ou dépassant les objectifs techniques de la Department of Energy (DOE) américaine pour 2025 (6,9% massique d’hydrogène).
- Transports et infrastructures : solution adaptée au transport d’hydrogène en vrac sans équipement cryogénique.
- Production d’énergie verte : possibilité de concevoir des cycles de stockage-déstockage de l’hydrogène intégrés à la production renouvelable ou à la chimie verte.
Points clés à retenir
- Innovation : premier liquide eutectique profond utilisant des composants super-riches en hydrogène (hydrures), développé par les équipes des prof. Andreas Züttel (Laboratory of Materials for Renewable Energy, EPFL) et Satoshi Horike (Université de Kyoto).
- Performance technique : 6,9% de teneur massique en H₂, stabilité plusieurs semaines à l’abri de l’humidité, faible densité facilitant les usages logistiques.
- Simplicité du procédé : mélange direct des deux composés, sans besoin de synthèse complexe.
- Proximité des applications : technologie alignée sur les besoins de l’industrie pour le stockage, la mobilité hydrogène, la transition énergétique.
- Perspectives : la même approche chimique pourrait aboutir à des liquides sur mesure pour d’autres usages industriels ou énergétiques au-delà de l’hydrogène.
Pour aller plus loin
- Objectifs techniques DOE pour le stockage de l’hydrogène à bord des véhicules légers (2025)
- Laboratory of Materials for Renewable Energy, EPFL
Résumé :
La création d’un liquide eutectique profond à base d’hydrures constitue un changement de paradigme pour le stockage sûr, efficient et pratique de l’hydrogène, tout en ouvrant l’accès à une économie de l’hydrogène plus flexible et plus accessible.
