Un groupe de recherche a récemment développé des électrodes bipolaires avancées en hydroxyde de nickel dopé au cobalt ainsi que des catalyseurs en métaux non nobles. Ces avancées ont permis d’améliorer de manière significative l’efficacité et la stabilité de l’électrolyse de l’eau en deux étapes pour la production d’hydrogène.
Les électrolyseurs alcalins traditionnels rencontrent divers obstacles, notamment des problèmes d’adaptation aux énergies renouvelables fluctuantes et des mélanges d’hydrogène et d’oxygène sous haute pression. Ces limitations restreignent leur utilisation dans des applications variées.
Pour surmonter ces défis, l’électrolyse de l’eau en deux étapes sépare complètement la production d’hydrogène et d’oxygène dans le temps et l’espace grâce à une électrode bipolaire. Cela élimine le besoin d’un séparateur de membrane coûteux.
Développement de matériaux d’électrodes bipolaires
Le développement de matériaux d’électrodes bipolaires de haute performance et de conceptions de cellules efficaces est crucial. Cependant, les électrodes en hydroxyde de nickel couramment utilisées présentent des limitations en termes de capacité de tampon électrique et de stabilité de charge-décharge.
Dans cette étude, l’équipe a utilisé une méthode de dépôt électrochimique en une étape pour créer des électrodes bipolaires flexibles en hydroxyde de nickel dopé au cobalt sur du tissu de carbone. Le dopage au cobalt a amélioré la conductivité, la performance du cache électronique et a empêché la production d’oxygène parasite lors de la production d’hydrogène.
Des catalyseurs en métaux non nobles ont également été développés, notamment le phosphure de nickel-cobalt dopé au molybdène et les électrodes bifonctionnelles en oxyde de cobalt composite au fer induit par plasma. Ces catalyseurs ont démontré une grande durabilité et activité.
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Ces électrodes ont permis la production d’hydrogène et d’oxygène à différents moments et endroits en changeant la direction du courant, aboutissant à des tensions de cellule faibles, une efficacité de découplage élevée et une efficacité de conversion énergétique élevée.
Amélioration des électrodes en hydroxyde double couche (LDH)
Pour améliorer les électrodes en hydroxyde double couche (LDH), qui souffrent de capacité limitée et de faible conductivité/stabilité, l’équipe a utilisé une technologie de plasma non thermique. Des électrodes en LDH nickel-cobalt dopé à l’azote et en oxyde de graphène réduit/nickel-cobalt dopé à l’azote ont été préparées, améliorant significativement la capacité et la conductivité.
L’électrolyse de l’eau en deux étapes se révèle prometteuse pour le stockage d’hydrogène à grande échelle et des applications telles que les stations de base 5G et les centres de données. «Nos indicateurs de performance pour l’électrolyse de l’eau en deux étapes pour la production d’hydrogène sont synchronisés avec les indicateurs avancés au niveau mondial, marquant une étape importante vers l’exploitation industrielle,» a déclaré le Professeur CHEN Changlun des Instituts de Sciences Physiques de Hefei, en collaboration avec l’Institut de l’Énergie du Centre National de Science Complet de Hefei.
Article : « High buffering capacity cobalt-doped nickel hydroxide electrode as redox mediator for flexible hydrogen evolution by two-step water electrolysis » – DOI: 10.1016/j.jcis.2023.06.102
