Un catalyseur révolutionnaire améliore considérablement l’efficacité de la production d’hydrogène vert

Institut coréen de recherche sur les normes et la science, Daejeon, Corée du Sud

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, en divisant l’eau en hydrogène et oxygène. L’efficacité de la production d’hydrogène vert dépend en grande partie des performances de ces catalyseurs. Par conséquent, la commercialisation de l'hydrogène vert dépend du développement de catalyseurs rentables, capables de maintenir des performances élevées sur des périodes prolongées.

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

L'Institut coréen de recherche sur les normes et la science (KRISS) a développé un catalyseur de métaux de base haute performance destiné à être utilisé dans l'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse d'anions (AEM). Le catalyseur nouvellement développé est non seulement plus abordable que les alternatives à base de métaux précieux, mais présente également des performances supérieures, rapprochant ainsi la commercialisation de l'hydrogène vert.

Actuellement, les systèmes d'électrolyse de l'eau AEM reposent principalement sur des catalyseurs en 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 considérablement le coût de production de l’hydrogène. Pour relever ce défi, le développement de catalyseurs en métaux de base durables et abordables est essentiel.

Le groupe de métrologie des matériaux émergents KRISS a réussi à développer des catalyseurs à base de métaux de base en introduisant une petite quantité de ruthénium (Ru) dans un dioxyde de molybdène à structure nickel-molybdène (MoO 2-Ni4Mo). Bien que le dioxyde de molybdène offre une conductivité électrique élevée, son utilisation comme catalyseur d'électrolyse de l'eau a été limitée en raison de sa dégradation dans les environnements alcalins.

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

S'appuyant sur ces résultats, ils ont mis au point une méthode permettant d'incorporer du ruthénium dans un rapport optimal afin d'éviter la dégradation du dioxyde de molybdène. Les nanoparticules de ruthénium résultantes, mesurant moins de 3 nanomètres, forment une fine couche à la surface des catalyseurs, empêchant leur dégradation et améliorant leur durabilité.

Les évaluations des performances ont révélé que les catalyseurs nouvellement développés offrent une durabilité quatre fois supérieure et une activité plus de six fois supérieure à celle des matériaux commerciaux existants.

De plus, lorsqu'ils sont intégrés à une cellule solaire tandem pérovskite-silicium, les catalyseurs ont atteint un rendement solaire/hydrogène remarquable de 22,8 %, soulignant sa forte compatibilité avec les sources d'énergie renouvelables.

Les catalyseurs ont également démontré une activité et une stabilité élevées dans l’eau salée, produisant de l’hydrogène de haute qualité. Cette capacité devrait réduire considérablement les coûts associés au dessalement.

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 de l'eau de mer réelle pourrait réduire considérablement les coûts associés au dessalement. Nous prévoyons de poursuivre nos recherches dans ce domaine. "

Cette recherche a été soutenue par le programme KRISS MPI Lab et menée en collaboration avec l'équipe du professeur Ho Won Jang de l'Université nationale de Séoul et l'équipe du Dr Sung Mook Choi de l'Institut coréen des sciences des matériaux.

Les résultats ont été publiés dans l'édition de juillet de Applied Catalysis B :Environmental and Energy (IF :20.2), une revue leader 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 le visualiser..