Image MET (microscope électronique à effet tunnel) d'un nanotube de carbone décoré d'amas de platine (couleur vive). Crédit :Université Aalto
Le platine est un métal très cher et c'est donc l'un des goulots d'étranglement entravant la croissance des énergies renouvelables. Le platine est utilisé comme catalyseur dans les électrolyseurs qui stockent l'énergie électrique sous forme de composés chimiques, et il joue également un rôle important dans les piles à combustible, convertisseurs catalytiques et de nombreux procédés chimiques utilisés dans l'industrie.
Un groupe de chercheurs de l'Université Aalto dirigé par les professeurs Tanja Kallio et Kari Laasonen a développé une méthode de fabrication d'électrocatalyseurs qui n'utilise qu'un centième de la quantité de platine généralement utilisée dans les produits commerciaux. L'activité réalisée avec le nouveau matériau est similaire à celle des électrocatalyseurs commerciaux. La méthode est basée sur les caractéristiques particulières des nanotubes de carbone.
« Lorsque le platine est électrodéposé à la surface de nanotubes de carbone, il forme des particules constituées d'un couple d'atomes. Sur d'autres matériaux, comme le graphène, le platine forme des nanoparticules plus grosses », Tanja Kallio explique.
"Nous pensons que c'est parce que les atomes de carbone de la surface incurvée sont dans un état tendu, ce qui les rend susceptibles de stabiliser le platine à la surface du nanotube. Cela garantit que les atomes de platine forment de petites particules catalytiquement actives. Notre modélisation a montré que plus les liaisons carbone sont tendues, meilleure est la stabilisation du platine. Les tubes plus petits sont plus courbés, ce qui augmente la tension, le diamètre des nanotubes est donc également important.'
La DFT (théorie fonctionnelle de la densité) suggère que les nanotubes de carbone stabilisent les atomes de platine uniques et que la réaction de dégagement d'hydrogène se déroule plus efficacement sur leurs surfaces, par rapport aux nanoparticules de platine conventionnelles. Crédit :Université Aalto
Un tiers du prix
Les électrolyseurs stockent l'énergie électrique sous forme d'énergie de liaison hydrogène. En pratique, ce mécanisme est utilisé pour stocker de l'énergie fluctuante, comme l'énergie éolienne, et équilibrer la différence entre la demande et la production. Puisque l'électrocatalyseur représente environ un tiers du prix de l'électrolyseur, réduire la quantité de platine nécessaire rendrait le processus beaucoup moins coûteux.
« En plus du prix du platine, la disponibilité du métal est également un problème. Le platine figure sur la liste européenne des matières premières critiques, ce qui signifie que son utilisation est problématique soit en raison de sa rareté, soit en raison de problèmes géopolitiques. C'est pourquoi l'UE vise à réduire l'utilisation du platine", Kallio dit et souligne que jusqu'à présent, la fonctionnalité de l'électrocatalyseur développé à l'Université Aalto n'a été prouvée que dans des conditions de laboratoire.
«Dans des conditions à petite échelle et à température ambiante, l'électrocatalyseur est stable et utilisable longtemps. La prochaine étape consiste à augmenter l'échelle de production et à tester la fonctionnalité de l'électrocatalyseur dans des applications pratiques, qui sont souvent effectués à une température plus élevée.
