La menace imminente du changement climatique a motivé les scientifiques du monde entier à rechercher des alternatives plus propres aux combustibles fossiles, et nombreux sont ceux qui pensent que l’hydrogène est notre meilleure option. En tant que ressource énergétique respectueuse de l'environnement, l'hydrogène (H2 ) peut être utilisé dans les véhicules et les centrales électriques sans rejet de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Cependant, le stockage et le transport de H2 la sécurité et l’efficacité restent un défi. L'hydrogène gazeux comprimé présente un risque important d'explosion et de fuite, tandis que l'hydrogène liquide doit être maintenu à des températures extrêmement basses, ce qui est coûteux. Mais et si nous pouvions stocker l'hydrogène directement dans la composition moléculaire d'autres matériaux liquides ou solides ?
C'était l'objectif d'une équipe de scientifiques japonais qui, dans une étude récente publiée dans la revue Small , a étudié le potentiel des feuilles de borure d'hydrogène (HB) en tant que transporteurs pratiques d'hydrogène. Le stockage de l’hydrogène dans des feuilles HB n’est pas un concept entièrement nouveau et de nombreux aspects de leurs applications potentielles en tant que transporteurs d’hydrogène ont déjà été étudiés. Cependant, extraire l'hydrogène des feuilles est la partie la plus délicate.
Un chauffage à haute température ou un fort éclairage ultraviolet (UV) est nécessaire pour libérer de l'hydrogène (H2 ) à partir de feuilles HB. Cependant, les deux approches présentent des inconvénients inhérents, tels qu'une consommation d'énergie élevée ou un H2 incomplet. libération.
Ainsi, l’équipe s’est penchée sur une alternative potentielle :la libération électrochimique. Basé sur le mécanisme du H2 induit par les UV libération des feuilles HB, l'équipe a émis l'hypothèse que l'injection d'électrons depuis une électrode cathodique dans des nanofeuilles HB par une alimentation électrique pourrait être un moyen supérieur de libérer H2 par rapport à l'irradiation UV ou au chauffage.
Sur la base de cette théorie, les chercheurs ont dispersé des feuilles HB dans de l'acétonitrile, un solvant organique, et ont appliqué une tension contrôlée à la dispersion. Ces expériences ont révélé que presque tous les électrons injectés dans le système électrochimique étaient utilisés pour convertir le H + ions des feuilles HB en H2 molécules. Notamment, l'efficacité faradique de ce processus, qui mesure la quantité d'énergie électrique convertie en énergie chimique, était supérieure à 90 %.
L'équipe a également mené des expériences de traçage isotopique pour confirmer que le H2 libéré électrochimiquement provenait des feuilles HB et non d’une autre réaction chimique. De plus, ils ont également utilisé la microscopie électronique à balayage et la spectroscopie photoélectronique à rayons X pour caractériser les feuilles avant et après H2 libération, donnant ainsi des informations supplémentaires sur les mécanismes sous-jacents du processus.
Ces découvertes contribuent au développement de transporteurs d’hydrogène sûrs et légers à faible consommation d’énergie. Bien que l'équipe ait étudié la forme dispersée des feuilles HB dans l'article publié, les résultats actuels sont applicables aux systèmes de feuilles HB en film ou en vrac pour H2 libérer. De plus, l'équipe étudiera la rechargeabilité des feuilles HB après déshydrogénation dans une étude future.
Plus d'informations : Satoshi Kawamura et al, Libération électrolytique d'hydrogène à partir de feuilles de borure d'hydrogène, Petit (2024). DOI : 10.1002/smll.202310239
Informations sur le journal : Petit
Fourni par l'Institut de technologie de Tokyo
