Un seul appareil qui génère à la fois du carburant et de l'oxydant à partir de l'eau et, lorsqu'un interrupteur est basculé, convertit le carburant et l'oxygène en électricité et en eau, a une foule d'avantages pour le terrestre, applications spatiales et militaires. Du faible impact environnemental à la haute densité énergétique, développer des piles à combustible régénératives unitisées efficaces, ou URFC comme on les appelle, est dans le collimateur des chercheurs depuis des années.

Mais pour être vraiment efficace, un URFC a besoin de catalyseurs bifonctionnels. Ça signifie, en mode électrolyseur, les catalyseurs devraient faciliter la décomposition de l'eau en hydrogène et en oxygène, et, en mode pile à combustible, faciliter leur recombinaison en eau. Maintenant, travaillant dans le laboratoire de Vijay Ramani, le Roma B. &Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor, une équipe de chercheurs a trouvé un excellent catalyseur bifonctionnel pour l'électrode à oxygène.

Leurs travaux ont été publiés dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Contrairement à l'électrode à hydrogène, dans laquelle le platine est un catalyseur bifonctionnel efficace, il est très difficile d'identifier un catalyseur approprié pour l'électrode à oxygène en raison de la lenteur de la cinétique de réduction de l'oxygène et de son dégagement d'oxygène, " dit Pralay Gayen, travaille actuellement chez Intel, qui était un associé de recherche postdoctoral dans le laboratoire de Ramani à la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis et a été le premier auteur de l'article.

Sulay Saha, chercheur associé postdoctoral au laboratoire de Ramani, et la recherche de Gayen a été guidée par les premiers principes, en tenant compte des propriétés fondamentales de différentes substances avant de se rendre au laboratoire pour tester des catalyseurs potentiels.

Avec l'ancien chercheur de premier cycle et co-auteur Xinquan Liu, l'équipe a finalement identifié et développé le Pt-Pyrochlore, un composite de platine et d'un pyrochlore ruthénate de plomb, qui a donné une haute bifonctionnalité.

L'« indice de bifonctionnalité » est une mesure de la capacité du catalyseur à faciliter à la fois le sens avant et arrière d'une réaction. "Nous voulons que l'indice soit bas, " a déclaré Kritika Sharma, un doctorat étudiant ingénieur. "Zéro, idéalement." Ce nouveau catalyseur a un indice de bifonctionnalité de 0,56 volts, très faible par rapport aux autres catalyseurs rapportés. Lorsqu'il est utilisé dans un dispositif URFC développé par le laboratoire, le catalyseur a permis une efficacité énergétique aller-retour (RTE) de 75 %, l'efficacité aller-retour la plus élevée signalée dans ce type d'URFC.

Avec une telle efficacité, les URFC développés sont bien adaptés pour des applications telles que les submersibles, drones, engins spatiaux et stations spatiales, ainsi que pour le stockage d'énergie hors réseau.