Villigen (awp/ats) - Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI) ont développé un nanomatériau efficace et peu coûteux pouvant servir de catalyseur afin de stocker par exemple l'énergie solaire ou éolienne sous forme d'hydrogène. Cette découverte est publiée dans la revue Nature Materials.
La méthode consiste à dissocier de l'eau ordinaire en hydrogène et oxygène dans un électrolyseur, en utilisant l'électricité issue de l'énergie solaire ou éolienne. L'hydrogène sert ensuite de vecteur énergétique. Il peut être stocké dans des réservoirs pour être converti ultérieurement en énergie électrique, par exemple au moyen de piles à combustible.
Le catalyseur accélère la dissociation des molécules d'eau dans l'électrolyseur, soit la première étape de la production d'hydrogène. "Aujourd'hui, on trouve deux types d'électrolyseur sur le marché: les uns sont efficaces, mais chers, parce que leur catalyseur contient entre autres des métaux nobles comme l'iridium", explique Emiliana Fabbri, chercheuse au PSI, citée dans un communiqué publié lundi.
"Les autres sont meilleur marché, mais moins efficaces. Notre objectif était donc de développer un catalyseur qui soit à la fois efficace et bon marché en se passant de métaux nobles", ajoute la scientifique.
Pour ce faire, les chercheurs ont recouru à un matériau déjà connu: un composé complexe de baryum, de strontium, de cobalt, de fer et d'oxygène, ce qu'on appelle une perovskite. Mais ils ont commencé par développer un procédé permettant de produire ce composé sous forme de nanoparticules.
C'est en effet seulement sous cette forme que la perovskite peut déployer une action efficace, car un catalyseur a besoin d'une surface aussi importante que possible au niveau de laquelle de nombreux centres réactifs accélèrent la réaction électrochimique. Or si l'on miniaturise autant que possible les différentes particules du catalyseur, leurs surfaces s'additionnent pour former une surface totale plus importante.
SUCCÈS EN TEST PRATIQUE
Le procédé de fabrication fournit d'importantes quantités de poudre catalytique et devrait pouvoir être facilement étendu à l'échelle industrielle, selon le PSI.
Les chercheurs ont testé le catalyseur en collaboration avec un fabricant américain d'électrolyseurs. Ils ont réussi à montrer que l'appareil fonctionnait de manière plus fiable avec la nouvelle perovskite qu'avec un catalyseur en oxyde d'iridium conventionnel.
Au-delà, les chercheurs ont également réussi à analyser et à comprendre ce qui se passe dans le nouveau matériau lorsqu'il est actif. Pour ce faire, ils l'ont radiographié avec une lumière de type rayons X à la Source de Lumière Suisse (SLS) du PSI.
Ils ont ainsi pu observer qu'en exploitation, la structure à la surface des particules se modifie. Le matériau devient en partie amorphe, ce qui veut dire que dans certaines zones, les atomes ne sont plus agencés de manière régulière.
Ce résultat est inattendu dans la mesure où c'est précisément ce phénomène qui contribue à faire du matériau un meilleur catalyseur. Ces travaux pourraient constituer une base importante pour le développement d'électrolyseurs d'eau de prochaine génération, conclut le PSI.
ats/al
