Une méthode innovante de fabrication de catalyseurs peut permettre une avancée majeure dans le développement de piles à combustible

Anonim

L'avenir des piles à combustible repose sur l'amélioration des performances des catalyseurs qu'ils utilisent. Les nanoparticules d'or ont été citées comme solution idéale, mais la création d'un catalyseur uniforme et utile s'est avérée difficile. Toutefois, une équipe de chercheurs de l’Institut international de recherche sur l’énergie au carbone neutre de l’Université de Kyushu (I2CNER) a mis au point une méthode permettant d’utiliser un nouveau type de support de catalyseur.

Dans une technologie potentielle révolutionnaire pour les piles à combustible, un article récemment publié dans Scientific Reports montre comment l’emballage d’un support en graphène dans un polymère spécialement préparé fournit une base idéale pour la fabrication de catalyseurs à nanoparticules d’or uniformes et hautement actifs.

Les piles à combustible produisent de l'électricité directement à partir de l'oxydation séparée du combustible et de la réduction de l'oxygène. Le seul sous-produit du processus est l’eau, car les piles à combustible ne produisent aucun gaz à effet de serre et sont largement considérées comme essentielles pour l’avenir des énergies propres.

Cependant, la vitesse à laquelle l'électricité peut être produite dans les piles à combustible est limitée, en particulier par la réaction de réduction de l'oxygène (ORR), qui doit être catalysée dans des applications pratiques. Bien que les catalyseurs actuels à base de platine accélèrent la réaction, leur propension inutile à catalyser d'autres réactions et leur sensibilité à l'empoisonnement par les réactifs limitent leur utilité globale. Bien que l'or en vrac soit chimiquement inerte, les nanoparticules d'or sont étonnamment efficaces pour catalyser la réaction de réduction de l'oxygène sans les inconvénients associés à leurs homologues du platine.

Néanmoins, la création de catalyseurs à nanoparticules d'or de taille uniforme s'est avérée problématique. Les méthodes de fabrication antérieures ont produit des catalyseurs dont la taille des nanoparticules était trop grande ou trop largement distribuée pour une utilisation pratique. Parallèlement, les efforts visant à réguler la taille des particules ont eu tendance à restreindre l'activité de l'or ou à produire des catalyseurs moins stables.

"La création de petites particules bien contrôlées signifiait que nous devions nous concentrer sur la nucléation des particules et la croissance des particules", explique le responsable et auteur correspondant, Tsuyohiko Fujigaya. "En intégrant le support dans le polymère de polybenzimidazole que nous avons développé avec succès avec le platine, nous avons créé un environnement de support bien meilleur pour les nanoparticules d'or."

L'équipe a également testé les performances de ces nouvelles structures de catalyseur. Leurs catalyseurs présentaient le plus faible potentiel dépassé jamais signalé pour ce type de réaction. "Le surpotentiel est un peu comme la taille de l'étincelle dont vous avez besoin pour déclencher un incendie", déclare le co-auteur Naotoshi Nakashima. "Bien que nous soyons évidemment satisfaits de l'uniformité des catalyseurs, les résultats montrent que cela pourrait être un bond en avant pour la réaction ORR et peut-être aussi pour les piles à combustible."

L'article "Croissance et dépôt de nanoclusters au graphène enrobé de polymère et leur activité de réduction de l'oxygène" a été publié dans des rapports scientifiques.

Bien que novatrice, cette publication récente est la dernière d'une série de développements que les équipes interdisciplinaires d'I2CNER ont menées pour développer des piles à combustible et d'autres technologies propres.

menu
menu