Chercheurs de l'Institut National de la Recherche Scientifique, Québec se penche sur les roseaux, plantes hautes des zones humides, afin de fabriquer des catalyseurs moins chers pour les piles à combustible hautes performances.

En raison de la demande mondiale croissante d'énergie et de la menace causée par la pollution de l'environnement, la recherche de nouveauté, sources d'énergie propre est activé.

Contrairement à une batterie, qui stocke l'électricité pour une utilisation ultérieure, une pile à combustible génère de l'électricité à partir de matériaux stockés, ou des carburants.

Le carburant à base d'hydrogène est une source de carburant très propre qui ne produit que de l'eau comme sous-produit, et pourrait remplacer efficacement les combustibles fossiles. Afin de rendre le carburant hydrogène viable pour un usage quotidien, des piles à combustible hautes performances sont nécessaires pour convertir l'énergie de l'hydrogène en électricité.

Les piles à combustible à hydrogène utilisent des catalyseurs au platine pour conduire la conversion d'énergie, mais le platine est cher, représentant près de la moitié du coût total d'une pile à combustible selon Qiliang Wei, un doctorat étudiant dans le groupe de Shuhui Sun de l'Institut National de la Recherche Scientifique – Énergie, Matériaux et Télécommunications qui étudie des alternatives moins coûteuses aux catalyseurs au platine.

C'est là que les roseaux entrent en scène. Comme cela a été publié dans le récent article de Wei, "Un catalyseur Si-Fe/N/C actif et robuste dérivé de déchets de roseau pour la réduction de l'oxygène, " les roseaux sont riches en silicium, et en tant que matière organique, ils sont aussi une source de carbone.

Un remplacement potentiel du catalyseur au platine est constitué de fer, composés azotés et carbonés, et même si c'est prometteur, il a quelques problèmes. Il est beaucoup moins stable que le platine, et bien moins cher, les matériaux nécessaires à l'obtention du carbone peuvent encore être coûteux. Silicium, comme celui que l'on trouve dans les roseaux, pourrait améliorer l'activité du catalyseur en permettant à plus d'azote de se grouper avec le fer, et il favorise également la graphitisation, le processus de transformation du carbone en graphite dans un autre matériau, ce qui pourrait améliorer la stabilité des catalyseurs.

La découverte de l'utilité du silicium dans ce processus permet également d'aborder la question du coût, en utilisant des roseaux et des restes de tiges de roseaux flétris qui se produisent naturellement à la fin du cycle de vie de la plante comme source à la fois de carbone et de silicium. Wei a pu utiliser la biomasse des déchets de roseau pour produire les catalyseurs fer-azote-carbone et, en utilisant la source lumineuse canadienne, a pu confirmer le rôle du silicium dans ces catalyseurs en caractérisant leurs performances avec et sans ajout de silicium.

Cependant, Le travail de Wei n'est pas encore terminé. La composition du catalyseur doit être optimisée, alors l'utilisation de ces catalyseurs dérivés de déchets de roseau dans des piles à combustible pourrait être viable. Cela pourrait également créer des opportunités pour de nouvelles formes de batteries. Les batteries métal-air utilisent les mêmes catalyseurs au platine que les piles à combustible afin d'utiliser des éléments dans l'air comme borne positive, plutôt qu'un métal plus coûteux.

"Pour le travail dans cet article, nous n'avons testé que les performances des demi-cellules. A l'étape suivante, nous allons l'appliquer à une vraie pile à combustible, qui est plus proche de l'application réelle, " a déclaré Wei. "Parfois, le catalyseur est très bon pour une demi-cellule, mais peut ne pas être très efficace pour une cellule pleine. Lorsque nous essayons de l'utiliser avec la pile à combustible pleine, nous pouvons avoir besoin d'optimiser plus de paramètres, comme la structure du carbone.

« Si nous pouvons convertir les déchets pour ajouter de la valeur aux matériaux, il sera d'un grand intérêt pour l'industrie. Notre expérience ici offre une voie prometteuse qui peut être utilisée pour concevoir des catalyseurs hautement actifs et stables pour les piles à combustible, " dit Wei.