Un projet de l’UE réécrit les règles de l’électrolyse de l’hydrogène
La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau pourrait révolutionner le stockage et le transport de l’énergie renouvelable. Les cellules d’électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEMEC) actuelles, qui séparent l’eau en hydrogène et en oxygène, reposent en grande partie sur des matériaux coûteux et pâtissent de problèmes de performance à long terme. Le projet Thin-CATALYzER(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a développé une architecture de couche catalytique innovante qui combine des nanofibres de carbone, des couches céramiques ultrafines et des nanoparticules catalytiques. Cette nouvelle conception améliore les performances et réduit la dépendance à l’égard des matériaux critiques.
Une nouvelle architecture de catalyseur renforce les performances
Thin-CATALYzER a développé une couche catalytique noyau-enveloppe composée de nanofibres de carbone recouvertes d’une couche céramique ultra-mince d’oxynitrure de titane (TiON). De plus, une fine dispersion de nanoparticules d’iridium améliore les performances catalytiques. «L’un des aspects les plus complexes du développement d’électrodes à basse température fonctionnant dans des électrolytes aqueux est le niveau relativement élevé de maturité technologique» explique Federico Baiutti, coordinateur du projet. «Avec Thin-CATALYzER, nous avons exploré le potentiel d’une combinaison des méthodes de fabrication de couches minces avec la synthèse chimique traditionnelle, dans le but d’offrir une perspective technologique différente et d’ouvrir de nouvelles voies pour de futures avancées dans ce domaine.» Le revêtement céramique assure la conductivité électrique et la protection contre la corrosion, tandis que l’électrofilage(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (une technique évolutive adaptée aux applications industrielles) produit rapidement et efficacement des supports en fibre de carbone de haute qualité.
Durabilité et performances des matériaux
Bien qu’il soit essentiel de réduire la quantité de matières premières critiques, telles que l’iridium, il est également difficile de trouver un équilibre entre l’efficacité des matériaux et les performances catalytiques sur le long terme. Les catalyseurs nanostructurés fonctionnent mieux parce que leur surface est plus grande, mais ils peuvent se décomposer ou s’agglutiner lorsqu’ils sont exposés à des conditions électrochimiques difficiles. Federico Baiutti souligne que l’optimisation continue est cruciale: «L’équilibre entre l’efficacité des matériaux et la performance catalytique à long terme demeure un défi majeur dans ce domaine. Parvenir à cet équilibre exige d’optimiser en permanence les méthodes de synthèse, les matériaux de support et les stratégies de protection». Pour améliorer la stabilité, le projet a exploré l’incorporation de dopants pour empêcher l’oxydation du support et s’est appuyé sur des stratégies de conception intelligentes pour assurer une bonne performance du catalyseur dans des conditions d’exploitation réelles.
De l’avancée en laboratoire à la pertinence industrielle
Au cours du projet, l’équipe s’est engagée avec des partenaires industriels afin d’évaluer la viabilité commerciale de leurs innovations. Cela a révélé l’importance de l’évolutivité et de la fiabilité à long terme, en soulignant l’écart important entre les résultats obtenus en laboratoire et les exigences industrielles. «Pour qu’une innovation ait un impact réel, elle doit être facile à fabriquer et évolutive, et garantir des performances et une fiabilité élevées à long terme», souligne Federico Baiutti. «Le renforcement des liens entre le monde scientifique et le monde industriel serait extrêmement bénéfique pour aligner les besoins et les efforts.» La polyvalence de la conception de Thin-CATALYzER offre des perspectives au-delà de l’électrolyse, pouvant bénéficier à d’autres dispositifs électrochimiques à basse température, tels que les piles à combustible et les batteries polymères. En ajustant les combinaisons de matériaux, cette technologie pourrait considérablement faire progresser le développement de systèmes de stockage et de conversion d’énergie plus propres. Par cette conception innovante du catalyseur, Thin-CATALYzER a ouvert la voie à des technologies de production d’hydrogène plus durables et plus efficaces, soutenant ainsi la transition de l’Europe vers une économie plus verte.
