Catalyseur révolutionnaire augmentant dramatiquement l'efficacité de production d'hydrogène vert

Institut Coréen de Recherche sur les Standards et la Science, Daejeon, Corée du Sud

Un chercheur opérant le système d'électrolyse de l'eau utilisant les catalyseurs nouvellement développés. (Image : Institut Coréen de Recherche sur les Standards et la Science)

L'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau, est une source d'énergie écologique de nouvelle génération car il ne génère pas de polluants comme le dioxyde de carbone pendant la production. Les catalyseurs jouent un rôle crucial dans le processus d'électrolyse de l'eau, scindant l'eau en hydrogène et oxygène. L'efficacité de la production d'hydrogène vert dépend largement de la performance de ces catalyseurs. Par conséquent, la commercialisation de l'hydrogène vert repose sur le développement de catalyseurs rentables capables de maintenir une haute performance sur de longues périodes.

Des chercheurs en Corée ont réussi à développer un nouveau matériau qui améliore significativement l'efficacité de la production d'hydrogène vert tout en réduisant les coûts.

L'Institut Coréen de Recherche sur les Standards et la Science (KRISS) a développé un catalyseur à métal de base haute performance pour une utilisation dans l'électrolyse de l'eau à membrane d'échange d'anions (AEM). Le catalyseur nouvellement développé n'est pas seulement plus abordable que les alternatives à base de métaux précieux mais présente également une performance supérieure, rapprochant la commercialisation de l'hydrogène vert d'un pas.

Actuellement, les systèmes d'électrolyse AEM reposent principalement sur des catalyseurs à métaux précieux tels que le platine (Pt) et l'iridium (Ir). Cependant, le coût élevé de ces matériaux et leur susceptibilité à la dégradation augmentent significativement le coût de production d'hydrogène. Pour surmonter ce défi, le développement de catalyseurs à métaux de base durables et abordables est essentiel.

Le Groupe de Métrologie des Matériaux Émergents du KRISS a réussi à développer des catalyseurs à métaux de base en introduisant une petite quantité de ruthénium (Ru) dans une structure de dioxyde de molybdène avec nickel molybdène (MoO₂-Ni₄Mo). Bien que le dioxyde de molybdène offre une haute conductivité électrique, son utilisation comme catalyseur d'électrolyse de l'eau a été limitée en raison de la dégradation dans les environnements alcalins.

Grâce à une analyse structurelle complète, les chercheurs ont identifié l'adsorption d'ions hydroxyle (OH⁻) sur le dioxyde de molybdène comme la cause principale de la dégradation.

S'appuyant sur ces résultats, ils ont conçu une méthode pour incorporer le ruthénium à un ratio optimal pour prévenir la dégradation du dioxyde de molybdène. Les nanoparticules de ruthénium résultantes, mesurant moins de 3 nanomètres, forment une mince couche sur la surface des catalyseurs, prévenant la dégradation et améliorant la durabilité.

Les évaluations de performance ont révélé que les catalyseurs nouvellement développés offrent quatre fois la durabilité et plus de six fois l'activité comparé aux matériaux commerciaux existants.

De plus, lorsqu'ils sont intégrés avec une cellule solaire tandem pérovskite-silicium, les catalyseurs ont atteint une remarquable efficacité solaire-hydrogène de 22,8 pour cent, soulignant leur forte compatibilité avec les sources d'énergie renouvelables.

Les catalyseurs ont également démontré une haute activité et stabilité dans l'eau saline, produisant de l'hydrogène de haute qualité. Cette capacité devrait réduire significativement les coûts associés à la désalinisation.

Le Dr Sun Hwa Park, Chercheur Principal au Groupe de Métrologie des Matériaux Émergents du KRISS, a déclaré : « Actuellement, la production d'hydrogène vert nécessite de l'eau purifiée, mais l'utilisation d'eau de mer réelle pourrait réduire substantiellement les coûts associés à la désalinisation. Nous prévoyons de continuer nos recherches dans ce domaine. »

Cette recherche a été soutenue par le Programme MPI Lab du KRISS et menée en collaboration avec l'équipe du Professeur Ho Won Jang à l'Université Nationale de Séoul et l'équipe du Dr Sung Mook Choi à l'Institut Coréen de Science des Matériaux.

Les résultats ont été publiés dans l'édition de juillet de Applied Catalysis B: Environmental and Energy (IF : 20.2), un journal de premier plan dans le domaine du génie chimique.

Pour plus d'informations, contactez Eunhye Bae à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer JavaScript pour la visualiser..