Des chercheurs de l'Université d'État de Washington ont mis au point une nouvelle façon de fabriquer des produits à faible coût, catalyseurs à un seul atome pour les piles à combustible - une avancée qui pourrait rendre plus viable économiquement une importante technologie d'énergie propre.

Leurs travaux sont publiés dans le Matériaux énergétiques avancés journal.

Les piles à combustible à hydrogène sont essentielles pour l'économie de l'énergie propre car elles sont plus de deux fois plus efficaces pour créer de l'électricité que les moteurs à combustion polluants. Leur seul déchet est l'eau.

Cependant, le prix élevé des catalyseurs à base de platine qui sont utilisés pour la réaction chimique dans les piles à combustible entrave considérablement leur commercialisation.

Au lieu du rare platine, les chercheurs aimeraient utiliser des métaux non précieux, comme le fer ou le cobalt. Mais les réactions avec ces métaux abondamment disponibles ont tendance à cesser de fonctionner après un court laps de temps.

"Les catalyseurs à faible coût avec une activité et une stabilité élevées sont essentiels pour la commercialisation des piles à combustible." dit Qiurong Shi, chercheur postdoctoral à l'École de génie mécanique et des matériaux (MME) et co-premier auteur de l'article.

Récemment, les chercheurs ont mis au point des catalyseurs à un seul atome qui fonctionnent aussi bien en laboratoire qu'en utilisant des métaux précieux. Les chercheurs ont pu améliorer la stabilité et l'activité des métaux non précieux en travaillant avec eux à l'échelle nanométrique en tant que catalyseurs à un seul atome.

Dans ce nouveau travail, l'équipe de recherche WSU, dirigé par Yuehe Lin, un professeur MME, utilisé des sels de fer ou de cobalt et la petite molécule de glucosamine comme précurseurs dans un processus simple à haute température pour créer les catalyseurs à un seul atome. Le procédé peut réduire considérablement le coût des catalyseurs et pourrait être facilement étendu pour la production.

Les catalyseurs fer-carbone qu'ils ont développés étaient plus stables que les catalyseurs au platine commerciaux. Ils ont également maintenu une bonne activité et n'ont pas été contaminés, ce qui est souvent un problème avec les métaux communs.

« Ce procédé présente de nombreux avantages, " a déclaré Chengzhou Zhu, un premier auteur sur le papier qui a développé le procédé à haute température. « Cela rend possible la production à grande échelle, et cela nous permet d'augmenter le nombre et de booster la réactivité des sites actifs sur le catalyseur."

Le groupe de Lin a collaboré au projet avec Scott Beckman, un professeur agrégé MME à WSU, ainsi qu'avec des chercheurs d'Advanced Photon Source au Laboratoire national d'Argonne et au Laboratoire national de Brookhaven pour la caractérisation des matériaux.

« L'installation utilisateur de caractérisation des matériaux avancés dans les laboratoires nationaux a révélé les sites à un seul atome et les fractions actives des catalyseurs, ce qui a conduit à une meilleure conception des catalyseurs, " dit Lin.