Les piles à combustible à hydrogène convertissent l'hydrogène en électricité avec de la vapeur d'eau comme seul sous-produit, ce qui en fait une alternative verte attrayante pour l'énergie portable, en particulier pour les véhicules.

Cependant, leur utilisation généralisée a été entravée en partie par le coût de l'un des principaux composants. Pour faciliter la réaction qui produit l'électricité, les piles à combustible s'appuient sur un catalyseur en platine, qui est cher et rare.

Maintenant, une équipe européenne dirigée par des chercheurs de l'Imperial College de Londres a créé un catalyseur utilisant uniquement du fer, du carbone et de l'azote - des matériaux bon marché et facilement disponibles - et a montré qu'il peut être utilisé pour faire fonctionner une pile à combustible à haute puissance. Leurs résultats sont publiés aujourd'hui dans Nature Catalysis .

Le chercheur principal, le professeur Anthony Kucernak, du département de chimie de l'Impérial, a déclaré :" Actuellement, environ 60 % du coût d'une seule pile à combustible est le platine pour le catalyseur. Pour faire des piles à combustible une véritable alternative viable aux combustibles fossiles- véhicules motorisés, par exemple, nous devons réduire ce coût.

"Notre conception de catalyseur moins chère devrait en faire une réalité et permettre le déploiement de beaucoup plus de systèmes d'énergie renouvelable qui utilisent l'hydrogène comme carburant, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre et mettant le monde sur la voie d'émissions nettes nulles."

L'innovation de l'équipe consistait à produire un catalyseur dans lequel tout le fer était dispersé sous forme d'atomes uniques dans une matrice de carbone électriquement conductrice. Le fer à un seul atome a des propriétés chimiques différentes de celles du fer en vrac, où tous les atomes sont regroupés, ce qui le rend plus réactif.

Ces propriétés signifient que le fer stimule les réactions nécessaires dans la pile à combustible, agissant comme un bon substitut au platine. Lors de tests en laboratoire, l'équipe a montré qu'un catalyseur à base de fer à un seul atome avait des performances proches de celles des catalyseurs à base de platine dans un système de pile à combustible réel.

En plus de produire un catalyseur moins cher pour les piles à combustible, la méthode que l'équipe a développée pour créer pourrait être adaptée à d'autres catalyseurs pour d'autres processus, tels que des réactions chimiques utilisant l'oxygène atmosphérique comme réactif au lieu d'oxydants chimiques coûteux, et dans le traitement des eaux usées. utiliser de l'air pour éliminer les contaminants nocifs.

Le premier auteur, le Dr Asad Mehmood, du département de chimie de l'Impérial, a déclaré :"Nous avons développé une nouvelle approche pour fabriquer une gamme de catalyseurs à atome unique qui offrent la possibilité de permettre une gamme de nouveaux processus chimiques et électrochimiques. Plus précisément , nous avons utilisé une méthode de synthèse unique, appelée transmétallation, pour éviter la formation d'agrégats de fer pendant la synthèse. Ce processus devrait être bénéfique pour d'autres scientifiques cherchant à préparer un type de catalyseur similaire."

L'équipe a collaboré avec le fabricant britannique de catalyseurs pour piles à combustible Johnson Matthey pour tester le catalyseur dans des systèmes appropriés et espère développer son nouveau catalyseur afin qu'il puisse être utilisé dans des piles à combustible commerciales. En attendant, ils travaillent pour améliorer la stabilité du catalyseur, afin qu'il corresponde au platine en termes de durabilité et de performances. + Explorer plus loin

Méthodes de synthèse à grande échelle de catalyseurs à un seul atome pour piles à combustible alcalines