Remplacer votre énergivore de tous les jours par une voiture à hydrogène pourrait réduire considérablement votre empreinte carbone. Alors pourquoi ne faisons-nous pas tous le changement ?

L'une des raisons pour lesquelles nous ne le faisons pas est le catalyseur au platine coûteux requis pour faire fonctionner efficacement les piles à combustible à hydrogène.

Recherche menée par Sandia National Laboratories et l'Université de Californie, Merced visant à réduire le coût des piles à combustible à hydrogène a utilisé un composé bon marché pour créer une surface inégale qui ressemble aux feuilles d'une plante. La zone supplémentaire aide à catalyser l'hydrogène presque aussi efficacement que le platine.

Les chercheurs principaux Stanley Chou, un scientifique des matériaux de Sandia, et Vincent Tung d'UC Merced ont déposé un brevet commun pour le procédé d'impression par pulvérisation, qui utilise du bisulfure de molybdène peu coûteux. La surface accrue de la "feuille" ondulée crée trois fois plus de points de contact catalytiques que les autres structures de bisulfure de molybdène, et la nouvelle création peut supporter des températures plus élevées que le platine sans fritter ni encrasser la cellule.

Le travail fait partie d'un effort visant à alimenter moins cher les voitures à hydrogène, souhaitable car ils émettent de l'eau plutôt que du monoxyde de carbone ou du dioxyde de carbone.

La nature comme alliée

La méthode de production utilise la nature comme une alliée plutôt qu'un obstacle, dit Chou. « Dans la pensée traditionnelle, forces telles que la gravité, la viscosité et la tension superficielle doivent être surmontées pour obtenir les formes fabriquées que vous désirez. Nous pensions, au lieu de penser ces forces comme des limitations, pourquoi ne pas les utiliser pour faire quelque chose d'utile ? Donc, Nous faisions."

Tung a déclaré que la méthode utilise des processus naturels pour produire des matériaux pour des terminaux de piles à combustible extrêmement bon marché afin de libérer de l'hydrogène. "Le processus d'impression permet également un dépôt continu, avec la capacité d'évoluer pour l'industrie, " il a dit.

L'équipe a mélangé du disulfure de molybdène avec de l'eau et a utilisé le processus d'impression pour expulser des gouttelettes de la taille d'un micron dans une zone fermée d'environ 2 pieds de haut. Alors qu'ils tombaient, les gouttelettes se sont d'abord séparées en sous-unités nanoscopiques. Ceux-ci séchaient davantage en tombant, leur volume rétrécissant produisant une surface 3-D inégale un peu comme les feuilles des plantes, avec de petites crêtes, collines, canaux, grottes et tunnels. Atterrissage sur un substrat et les uns sur les autres, les « feuilles » étaient encore suffisamment humides pour se lier comme si elles étaient attachées à des points critiques par de minuscules gouttelettes de colle. Ainsi, les nanostructures n'ont pas perdu leur individualité mais au contraire, en préservant leur identité, créé de minuscules tunnels à l'intérieur et entre eux qui ont permis un accès extraordinaire aux atomes d'hydrogène pour chercher leur liberté des liaisons chimiques.

L'inspiration pour créer une forme 3D bio-inspirée est née de l'étude du processus de pliage des cuticules, un mécanisme utilisé par les plantes pour contrôler la diffusion et la perméabilité à la surface des feuilles, dit Chou.

« Nous voyons notre catalyseur comme un matériau inorganique agissant comme une plante. Les nanostructures, comme les feuilles, sont de forme variée, avec de petites montées et descentes, " a-t-il dit. " Les structures absorbent un matériau externe pour produire de l'hydrogène plutôt que de l'oxygène, et un jour peut être alimenté par la lumière du soleil." En ce moment, l'électricité très basse tension fait le travail.

Des doutes sur la solidité de la structure formée de manière si fortuite, Tung a raconté, ont été réglés lorsqu'un étudiant de 170 livres a involontairement foulé l'une des premières créations de catalyseur au bisulfure de molybdène lorsqu'elle est tombée accidentellement au sol. Quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, il reposait sur un substrat de carbone d'un centimètre carré mais n'était pas autrement protégé. L'examen électromicroscopique a montré que la minuscule structure n'était pas endommagée. Les "feuilles" se sont également avérées durables, continuer à produire de l'hydrogène pendant six mois.

Le travail fait l'objet d'un article technique publié en ligne dans la revue Matériaux avancés .