Dans une étape importante vers la production d'hydrogène à grande échelle, des chercheurs de l'Institut indien des sciences (IISc) ont mis au point un catalyseur à faible coût qui peut accélérer la division de l'eau pour produire de l'hydrogène gazeux.

La division de l'eau à l'aide d'électricité est une méthode largement explorée pour générer de l'hydrogène gazeux, une source d'énergie propre longtemps recherchée pour les piles à combustible, batteries et véhicules zéro émission. L'une des deux principales réactions impliquées dans ce processus, appelée réaction d'évolution de l'oxygène, est notoirement lente, restreindre l'efficacité globale. Les chercheurs se sont concentrés sur le développement de meilleurs catalyseurs, des matériaux capables d'accélérer la réaction tout en restant neutres. Les catalyseurs les plus efficaces aujourd'hui sont fabriqués à partir de métaux précieux tels que le ruthénium et le platine, qui sont à la fois chers et rares.

Une équipe de l'IISc a maintenant développé un catalyseur à faible coût en combinant de l'oxyde de cobalt avec des sels de phosphate de sodium. Le coût des matériaux est plus de deux cents fois moins cher que le catalyseur actuel au dioxyde de ruthénium, à la pointe de la technologie, et la vitesse de réaction est également plus rapide, dit Ritambhara Gond, Doctorant au Centre de Recherche sur les Matériaux (MRC), IISc, qui est le premier auteur de l'article publié dans Angewandte Chemie .

"Ce matériau peut être très utile pour des applications à grande échelle dans de nombreux appareils tels que les batteries métal-air, réservoirs de carburant, etc., " elle dit.

L'étude a été dirigée par Prabeer Barpanda, Maître de Conférences au MRC, IISc, et réalisée en collaboration avec des chercheurs du Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research (JNCASR).

Lorsque l'eau est divisée à l'aide d'électricité en présence d'un catalyseur, les atomes d'hydrogène reçoivent des électrons d'une électrode pour former de l'hydrogène gazeux, tandis qu'à l'électrode opposée, de l'oxygène gazeux est libéré (Oxygen Evolution Reaction). Les chercheurs se sont largement concentrés sur l'accélération de cette dernière réaction. Les catalyseurs à base de platine ou de ruthénium sont les plus efficaces à cet égard, car ils gaspillent le moins d'énergie, et les vitesses de réaction sont plus élevées. Leur coût et leur rareté, cependant, entrave leur application à grande échelle.

Développer des alternatives à faible coût, l'équipe IISc s'est tournée vers des sels appelés métaphosphates, qui ont déjà été testés pour des applications de stockage d'énergie mais pas pour la catalyse. Les chercheurs ont grillé du métaphosphate de sodium et de l'oxyde de cobalt en présence de gaz argon dans un four dépourvu d'oxygène. Cela a créé une "feuille" de carbone partiellement brûlé sur laquelle des cristaux d'oxyde de cobalt encadrés de métaphosphate de sodium ont été étalés.

"Les métaphosphates forment une charpente solide et maintiennent ces oxydes de cobalt intacts, montrant une stabilité élevée après l'activité catalytique, " dit Gond. Cela permettrait au catalyseur de conserver son activité sur plusieurs cycles, conduisant à une durabilité à long terme. La présence du lit de carbone a également augmenté la conductivité du catalyseur, et donc son efficacité, elle dit.

Comparé à d'autres catalyseurs, les chercheurs ont découvert que la densité de courant - une mesure de la vitesse à laquelle la réaction peut se produire - était plus élevée pour leur catalyseur que même le dioxyde de ruthénium, indiquant une activité catalytique supérieure.

"Nous prévoyons maintenant de tester ce catalyseur dans des batteries métal-air et des dispositifs de fractionnement d'eau, " dit Gond.