Représentation schématique du processus de dissociation de l'eau à faible surtension d'environ 32 mV en utilisant NiS
Dans un passé récent, il y a eu un changement de paradigme vers les sources d'énergie renouvelables afin de répondre aux préoccupations relatives à la dégradation de l'environnement et à la diminution des combustibles fossiles. Une variété de sources d'énergie verte alternatives telles que l'énergie solaire, vent, hydrothermale, marée, etc., ont attiré l'attention sur la réduction de l'empreinte carbone mondiale. L'un des principaux défis de ces technologies de production d'énergie est qu'elles sont intermittentes et ne sont pas disponibles en permanence.
« Nous ne pouvons pas utiliser l'énergie solaire la nuit et l'énergie éolienne lorsque le vent ne souffle pas. Mais nous pouvons stocker l'électricité produite sous d'autres formes et l'utiliser chaque fois que nécessaire. C'est ainsi que la division de l'eau comble le fossé et est devenue une solution très prometteuse. technologie de stockage d'énergie, " a déclaré le professeur Masayuki Yagi, qui mène des recherches sur les matériaux et la technologie de stockage d'énergie au Département de science et technologie des matériaux, Faculté d'ingénierie/École supérieure des sciences et de la technologie, Université de Niigata. Le fractionnement de l'eau est l'une des solutions de stockage d'énergie prometteuses qui pourraient potentiellement conduire le monde vers une économie alimentée par l'hydrogène.
Le processus de dissociation de l'eau, également connu sous le nom de photosynthèse artificielle, utilise traditionnellement l'électricité pour diviser la molécule d'eau à travers deux demi-réactions dans une cellule électrochimique. La réaction de dégagement d'hydrogène se produit à la cathode où l'hydrogène combustible est généré et l'oxydation de l'eau se produit à l'anode où l'oxygène respirable est libéré. Bien que l'eau soit une molécule simple constituée de seulement trois atomes, le processus de dissociation est assez intense et difficile.
L'énergie initiale, connu en termes scientifiques comme le surpotentiel, joue un rôle crucial en influençant la progression de la réaction. Pour les matériaux explorés jusqu'à présent, l'énergie initiale requise pour déclencher le dégagement d'hydrogène à la cathode et le dégagement d'oxygène à l'anode est si élevée que le processus augmente le coût global de la réaction, ainsi, nuire à son utilisation commerciale. Ceci est particulièrement préoccupant à l'anode car la réaction de dégagement d'oxygène implique le transfert de quatre électrons qui demande une énergie initiale plus élevée par rapport à la réaction à la cathode.
L'équipe de recherche du professeur Yagi à l'Université de Niigata, en association avec des collaborateurs de recherche de l'Université de Yamagata, étudient le fractionnement électrocatalytique de l'eau et s'attaquent aux principales lacunes. Ils ont réussi à développer un processus efficace de dissociation de l'eau en utilisant des nanocomposés à base de nickel comme anodes, qui a été publié en tant qu'article scientifique dans Sciences de l'énergie et de l'environnement le 20 mai.
Dans cette étude, L'équipe du professeur Yagi a observé que l'anode à base de nanofils de sulfure de nickel a permis la réduction de l'énergie initiale requise pour la réaction de dégagement d'oxygène. "Nous avons fabriqué l'anode en utilisant un motif unique de nanofils de sulfure de nickel fourrés dans des fourreaux en nitrure de carbone. Les fourreaux en nitrure de carbone empêchent la région centrale de NiS
L'équipe de recherche a observé, à l'aide de techniques avancées de microscopie et de mesures électrochimiques, que l'anode fabriquée aide à réduire l'énergie initiale, qui accélère le processus de transfert de quatre électrons dans la réaction de dégagement d'oxygène. Les résultats de la recherche de l'équipe du professeur Yagi ont un immense potentiel pour améliorer les performances et la stabilité à long terme de la cellule électrochimique.
Cette étude de recherche est une étape importante vers l'amélioration de l'efficacité de la technologie de fractionnement de l'eau. Le professeur Yagi a déclaré :"Ce résultat est une grande percée dans le système de fractionnement électrocatalytique de l'eau et pourrait sans aucun doute contribuer à réaliser la société humaine décarbonisée dans un avenir proche."
