Une nouvelle approche pour les piles à combustible à hydrogène

La question de la manière de stocker l’énergie pour les moments où le soleil ne brille pas et le vent ne souffle pas est devenu un enjeu crucial. Une solution prometteuse, la pile à combustible à hydrogène, vient de recevoir un soutien significatif grâce à des recherches fondamentales menées par le Laboratoire national d’accélérateurs (SLAC), l’Université Stanford et l’Institut de recherche Toyota (TRI).

Les travaux ont récemment mises en pratique un dispositif de pile à combustible grâce à une collaboration entre Stanford et le Technion Institut israélien de technologie.

Le potentiel des piles à combustible à hydrogène

Les piles à combustible à hydrogène présentent un potentiel considérable pour le stockage et la conversion de l’énergie, en utilisant l’hydrogène comme une alternative à l’essence, a indiqué Michaela Burke Stevens, une scientifique associée au Centre SUNCAT pour la science des interfaces et la catalyse, une collaboration entre le SLAC et l’Université Stanford. Cependant, le coût de fonctionnement d’une pile à combustible reste relativement élevé.

Le problème, selon Burke Stevens, est que les piles à combustible dépendent généralement d’un catalyseur – contenant des métaux du groupe du platine (PGM) coûteux – qui stimule la réaction chimique qui fait fonctionner le système. Cela a conduit Burke Stevens et ses collègues à chercher des moyens de rendre le catalyseur moins cher.

Une nouvelle approche pour le dépôt de catalyseur

Les chercheurs ont réussi à équilibrer les coûts en remplaçant partiellement les PGM par une alternative moins chère, l’argent. Mais la véritable innovation a été de simplifier la recette chimique pour déposer le catalyseur sur les électrodes de la pile.

Les scientifiques mélangent généralement le catalyseur dans un liquide puis l’étalent sur l’électrode en maille, mais ces recettes de catalyseur ne donnent pas toujours les mêmes résultats dans différents environnements de laboratoire avec différents outils.

Pour contourner ce problème, l’équipe du SLAC a utilisé une chambre à vide pour des dépôts plus contrôlés de leur nouveau catalyseur sur les électrodes. « Cet outil à vide élevé est une méthode très ‘ce que vous voyez est ce que vous obtenez’ », a indiqué Tom Jaramillo, directeur du SUNCAT.

Une collaboration fructueuse

Pour s’assurer que d’autres pourraient reproduire leur approche et l’appliquer directement à des piles à combustible à grande échelle, l’équipe a travaillé avec des experts du Technion, qui ont démontré que la méthode fonctionnait dans une pile à combustible pratique.

Ensemble, les deux équipes ont découvert qu’en substituant l’argent moins cher à une partie des PGM utilisés dans les catalyseurs précédents, ils pouvaient obtenir une pile à combustible tout aussi efficace à un prix beaucoup plus bas. Et maintenant qu’ils ont une méthode éprouvée de développement de catalyseurs, ils peuvent commencer à tester des idées plus ambitieuses.

En synthèse

En regardant vers l’avenir, Tom Jaramillo a précisé que des recherches comme celle-ci détermineront si les piles à combustible peuvent réaliser leur potentiel. « Les piles à combustible sont vraiment passionnantes et intéressantes pour le transport lourd et le stockage d’énergie propre », a t-il ajouté, « mais tout va finalement dépendre de la réduction des coûts, ce qui est l’objectif de ce travail collaboratif ».

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une pile à combustible à hydrogène ?

Une pile à combustible à hydrogène est un dispositif qui convertit l’énergie chimique stockée dans l’hydrogène en électricité, avec de l’eau comme seul sous-produit.

Pourquoi les piles à combustible à hydrogène sont-elles coûteuses ?

Les piles à combustible à hydrogène sont coûteuses car elles dépendent d’un catalyseur contenant des métaux du groupe du platine (PGM), qui sont coûteux.

Quelle est la nouvelle approche pour le dépôt de catalyseur ?

La nouvelle approche consiste à utiliser une chambre à vide pour des dépôts plus contrôlés du nouveau catalyseur sur les électrodes, en remplaçant partiellement les PGM par une alternative moins chère, l’argent.

Quel est le rôle du Technion dans cette recherche ?

Le Technion a joué un rôle crucial en démontrant que la nouvelle méthode de dépôt de catalyseur fonctionne dans une pile à combustible pratique.

Quel est l’avenir des piles à combustible à hydrogène ?

Les piles à combustible à hydrogène ont un potentiel énorme pour le transport lourd et le stockage d’énergie propre, mais leur succès dépendra de la réduction des coûts.

Principaux enseignements

Références

Légende illustration principale : Illustration d’une couche mince d’argent-palladium déposée sur une électrode de carbone poreux, qui, selon les chercheurs, pourrait rendre les piles à hydrogène plus faciles et moins coûteuses à fabriquer. (José Zamora Zeledόn, John Douglin et Michaela Burke Stevens)

SLAC National Accelerator Laboratory, Université Stanford, Toyota Research Institute (TRI), Technion Israel Institute of Technology

Article : J. C. Douglin, et al., Nature Energy, November 9, 2023 (DOI: 10.1038/s41560-023-01385-7)