Des nanoalliages de platine (gris) et d'yttrium (bleu) sont créés par pulvérisation cathodique dans une chambre à vide. Cela se fait en dirigeant le plasma (violet) sur un morceau de platine avec de petits morceaux d'yttrium attachés. Les films d'alliage nanométriques transforment efficacement l'oxygène (rouge) et les protons (blanc) en eau. C'est cette réaction qui amène la pile à combustible à produire de l'électricité. Crédit :Niklas Lindahl
Un nouveau type de nanocatalyseur peut entraîner la percée commerciale tant attendue des voitures à pile à combustible. Les résultats de la recherche de l'Université de technologie Chalmers et de l'Université technique du Danemark montrent qu'il est possible de réduire considérablement les besoins en platine, un métal précieux et rare, en créant un nanoalliage à l'aide d'une nouvelle technique de production. La technologie est également bien adaptée à la production de masse.
Même s'il existe des voitures à pile à combustible depuis une cinquantaine d'années, les avancées n'ont pas conduit à une percée commerciale. Les catalyseurs des piles à combustible d'aujourd'hui nécessitent de grandes quantités de platine, qui est l'un des métaux les plus chers au monde.
"Une nano solution est nécessaire pour produire en masse des catalyseurs économes en ressources pour les piles à combustible. Avec notre méthode, seulement un dixième de platine est nécessaire pour les réactions les plus exigeantes. Cela peut réduire la quantité de platine requise pour une pile à combustible d'environ 70 pour cent, " dit Björn Wickman, chercheur au Département de physique de l'Université de technologie Chalmers.
S'il est possible d'atteindre ce niveau d'efficacité dans une pile à combustible, la quantité de platine requise serait comparable à ce qui est utilisé dans un convertisseur catalytique de voiture ordinaire.
"Avec un peu de chance, cela permettra aux piles à combustible de remplacer les combustibles fossiles et d'être également un complément aux voitures à batterie, " dit Björn Wickman.
Des recherches antérieures ont montré qu'il est possible de mélanger le platine avec d'autres métaux, comme l'yttrium, pour réduire la quantité de platine dans une pile à combustible. Toutefois, personne n'a encore réussi à créer des alliages avec ces métaux sous forme de nanoparticules d'une manière qui puisse être utilisée pour une production à grande échelle. Le problème majeur a été que l'yttrium s'oxyde au lieu de former un alliage avec le platine.
Du platine pur avec de fines feuilles fixes d'yttrium a été utilisé pour créer les nouveaux nanoalliages qui sont dix fois plus efficaces que le platine pur dans les piles à combustible. Crédit :Mia Halleröd Palmgren
Ce problème a maintenant été résolu par les chercheurs de Chalmers en combinant les métaux dans une chambre à vide à l'aide d'une technique appelée pulvérisation cathodique. Le résultat est un film nanométrique du nouvel alliage qui permet de produire en masse des catalyseurs de piles à combustible au platine et à l'yttrium.
Pour utiliser le nouveau matériel, les piles à combustible d'aujourd'hui doivent changer légèrement, mais cela crée des opportunités incroyables.
« Quand nous pourrons mieux utiliser nos ressources, nous préservons l'environnement et réduisons les coûts. Les piles à combustible convertissent l'énergie chimique en énergie électrique en utilisant de l'hydrogène et de l'oxygène - avec de l'eau comme seul produit. Ils ont un énorme potentiel de solutions énergétiques durables dans les transports, électronique portable et énergie, " dit Niklas Lindahl, chercheur au Département de physique de Chalmers.
