Une équipe de recherche du NIMS a développé une technique d’IA capable d’accélérer l’identification de matériaux présentant des caractéristiques souhaitables. Grâce à cette technique, l’équipe a pu découvrir des matériaux d’électrode d’électrolyseur d’eau haute performance exempts d’éléments du groupe du platine, substances auparavant considérées comme indispensables à l’électrolyse de l’eau. Ces matériaux pourraient être utilisés pour réduire le coût de la production à grande échelle d’hydrogène vert, une source d’énergie de nouvelle génération. La recherche a été publiée dans ACS Central Science .

La production à grande échelle d’hydrogène vert à l’aide d’électrolyseurs d’eau est un moyen viable d’atteindre la neutralité carbone. Les électrolyseurs d'eau actuellement disponibles s'appuient sur des éléments rares et coûteux du groupe du platine comme principaux composants électrocatalyseurs pour accélérer la réaction de dégagement lent d'oxygène (REL), une réaction électrolytique de l'eau qui peut produire de l'hydrogène.

Pour résoudre ce problème, des recherches sont en cours pour développer des électrocatalyseurs REL sans groupe platine et moins chers, composés d'éléments chimiques relativement abondants, compatibles avec la production d'hydrogène vert à grande échelle. Cependant, l'identification des compositions chimiques optimales de tels électrocatalyseurs à partir d'un nombre infini de combinaisons possibles s'est avérée extrêmement coûteuse, longue et laborieuse.

Cette équipe de recherche du NIMS a récemment développé une technique d'IA capable de prédire avec précision les compositions de matériaux présentant des caractéristiques souhaitables en changeant de modèle de prédiction en fonction de la taille des ensembles de données disponibles pour l'analyse.

Grâce à cette IA, l’équipe a pu identifier de nouveaux matériaux électrocatalytiques REL efficaces parmi environ 3 000 matériaux candidats en un seul mois. À titre de référence, il a été estimé que l'évaluation manuelle et complète de ces 3 000 matériaux prendrait près de six ans.

Ces matériaux électrocatalytiques nouvellement découverts peuvent être synthétisés en utilisant uniquement des éléments métalliques relativement bon marché et abondants :manganèse (Mn), fer (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn) et argent (Ag). Des expériences ont montré que dans certaines conditions, ces matériaux électrocatalytiques présentent des propriétés électrochimiques supérieures à celles des oxydes de ruthénium (Ru), les matériaux électrocatalytiques existants avec l'activité REL la plus élevée connue.

Dans la croûte terrestre, l'Ag est l'élément le moins abondant parmi ceux constituant les matériaux électrocatalytiques récemment découverts. Cependant, son abondance dans la croûte terrestre est près de 100 fois supérieure à celle du Ru, ce qui indique que ces nouveaux matériaux électrocatalytiques peuvent être synthétisés en quantités suffisamment importantes pour permettre la production massive d'hydrogène à l'aide d'électrolyseurs d'eau.

Ces résultats ont démontré que cette technique d’IA pourrait être utilisée pour repousser les limites de l’intelligence humaine et accélérer considérablement la recherche de matériaux plus performants. Grâce à cette technique, l'équipe prévoit d'accélérer ses efforts pour développer de nouveaux matériaux, principalement des matériaux pour les électrodes des électrolyseurs d'eau, afin d'améliorer l'efficacité de divers dispositifs électrochimiques contribuant à la neutralité carbone.

Ce projet a été réalisé par une équipe de recherche NIMS dirigée par Ken Sakaushi (chercheur principal) et Ryo Tamura (chef d'équipe). Ce travail a été mené en conjonction avec un autre projet intitulé « Recherche à haut débit de catalyseurs d'électrolyse de l'eau de mer en combinant des expériences automatisées avec la science des données » dans le cadre du domaine de mission du programme JST-Mirai, « Société à faibles émissions de carbone ».

Plus d'informations : Ken Sakaushi et al, Collaboration homme-machine pour la découverte accélérée d'électrocatalyseurs prometteurs pour l'évolution de l'oxygène avec des éléments à la demande, ACS Central Science (2023). DOI : 10.1021/acscentsci.3c01009

Fourni par l'Institut national pour la science des matériaux