De nouvelles recherches suggèrent que le graphène, fabriqué d'une manière spécifique, pourrait être utilisé pour fabriquer des piles à combustible à hydrogène plus durables pour les voitures.

Dans l'étude, publié aujourd'hui dans la revue Nanoéchelle , les scientifiques ont produit du graphène via un spécial, technique évolutive et l'a utilisée pour développer des catalyseurs de piles à combustible à hydrogène. L'équipe de recherche, impliquant des scientifiques de l'Université Queen Mary de Londres et de l'University College London (UCL), ont montré que ce nouveau type de catalyseur à base de graphène était plus durable que les catalyseurs disponibles dans le commerce et correspondait à leurs performances.

Les piles à combustible à hydrogène convertissent l'énergie chimique en énergie électrique en combinant l'hydrogène et l'oxygène à l'aide de catalyseurs. Comme le seul sous-produit de la réaction est l'eau, ils fournissent une source d'énergie efficace et respectueuse de l'environnement.

Le platine est le catalyseur le plus largement utilisé pour ces piles à combustible, mais son coût élevé est un gros problème pour la commercialisation des piles à combustible à hydrogène. Pour résoudre ce problème, les catalyseurs commerciaux sont généralement fabriqués en décorant de minuscules nanoparticules de platine sur un support de carbone moins cher, cependant la mauvaise durabilité du matériau réduit considérablement la durée de vie des piles à combustible actuelles.

Des recherches antérieures ont suggéré que le graphène pourrait être un matériau de support idéal pour les piles à combustible en raison de sa résistance à la corrosion, surface élevée et conductivité élevée. Cependant, le graphène utilisé dans la majorité des expériences à ce jour contient de nombreux défauts, ce qui signifie que la résistance améliorée prévue n'a pas encore été atteinte.

La technique décrite dans l'étude produit du graphène de haute qualité décoré de nanoparticules de platine dans une synthèse en un seul pot. Ce processus pourrait être étendu à une production de masse, ouvrir l'utilisation de catalyseurs à base de graphène pour des applications énergétiques généralisées.

Professeur Dan Brett, Professeur de génie électrochimique à l'UCL, a déclaré :« Satisfaire les demandes énergétiques mondiales sans nuire à l'environnement est l'un des grands défis modernes. Les piles à combustible à hydrogène peuvent fournir une énergie plus propre et sont déjà utilisées dans certaines voitures comme alternative à l'essence ou au diesel. Cependant, un grand obstacle à leur commercialisation généralisée est la capacité des catalyseurs à résister aux cycles étendus requis pour leur utilisation dans les applications énergétiques. Nous avons montré qu'en utilisant du graphène au lieu du carbone amorphe typique comme matériau de support, nous pouvons créer des catalyseurs ultra-durables. »

Les chercheurs ont confirmé la durabilité du catalyseur à base de graphène en utilisant un type de test basé sur ceux recommandés par le département américain de l'Énergie (DoE), connu sous le nom de stress tests accélérés. Les stress tests accélérés sollicitent délibérément le catalyseur rapidement sur de nombreux cycles dans un court laps de temps, permettant aux scientifiques d'évaluer la stabilité de nouveaux matériaux sans avoir à les utiliser dans une pile à combustible opérationnelle sur une période de plusieurs mois ou années.

A l'aide de ces tests, les scientifiques ont montré que la perte d'activité au cours de la même période d'essai était d'environ 30 % inférieure dans le catalyseur à base de graphène nouvellement développé, par rapport aux catalyseurs commerciaux.

Gyen Ming Ange, doctorat étudiant et auteur principal de l'étude, de l'UCL, a déclaré :« Le DoE définit des tests et des objectifs pour la durabilité des piles à combustible, avec un test de contrainte accéléré pour simuler des conditions de fonctionnement normales et un pour simuler les hautes tensions rencontrées lors du démarrage et de l'arrêt de la pile à combustible. La plupart des études de recherche dans l'espace du graphène évaluent uniquement en utilisant l'un des tests recommandés. Cependant, puisque nous avons du graphène de haute qualité dans notre matériel, nous avons réussi à atteindre une durabilité élevée dans les deux tests et pendant de longues périodes de test, ce qui est important pour la commercialisation future de ces matériaux. Nous sommes impatients d'intégrer notre nouveau catalyseur dans la technologie commerciale et de profiter des avantages des piles à combustible à plus longue durée de vie. »

Le graphène est composé d'une seule couche d'atomes de carbone disposés en un réseau hexagonal. Malgré sa structure relativement simple, On pense que le graphène a des propriétés remarquables, notamment une conductivité électrique élevée, haute transparence et haute flexibilité.

Dr Patrick Cullen, Maître de conférences en énergies renouvelables de l'Université Queen Mary de Londres, dit :« Au fil des ans, il y a eu beaucoup de battage autour du graphène et du grand nombre d'applications prometteuses pour ce matériau. Cependant, la communauté des chercheurs attend toujours que tout son potentiel soit réalisé, et cela a conduit à une certaine négativité autour de ce «matériau merveilleux» proposé. Ce point de vue n'est pas aidé par le fait que de nombreuses études de recherche sur le graphène utilisent des versions défectueuses du graphène. Nous espérons que cet article pourra restaurer la confiance dans le graphène et montrer que ce matériau a un grand potentiel pour améliorer la technologie, comme les piles à combustible, maintenant et dans le futur."