L’hydrogène vert peut être produit grâce à la technologie d’électrolyse de l’eau, qui utilise des énergies renouvelables pour diviser l’eau en hydrogène et en oxygène sans émettre de dioxyde de carbone. Cependant, le coût de production de l’hydrogène vert est actuellement d’environ 5 dollars par kilogramme, soit deux à trois fois plus élevé que celui de l’hydrogène gris obtenu à partir du gaz naturel.
Pour l’utilisation pratique de l’hydrogène vert, l’innovation dans la technologie d’électrolyse de l’eau est nécessaire pour réaliser une économie de l’hydrogène, en particulier en Corée où l’utilisation des énergies renouvelables est limitée pour des raisons géographiques.
L’équipe de recherche du Dr Kyung Joong Yoon au Centre de recherche sur les matériaux énergétiques de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a développé un nanocatalyseur pour l’électrolyse de l’eau à haute température qui peut retenir une densité de courant élevée de plus de 1A/cm2 pendant une longue période. période de temps à des températures supérieures à 600°. Le travail est publié dans le Journal de génie chimique.
Alors que les mécanismes de dégradation des nanomatériaux à haute température étaient jusqu’à présent insaisissables, l’équipe a identifié les raisons fondamentales du comportement anormal des nanomatériaux et a réussi à résoudre les problèmes, améliorant finalement les performances et la stabilité de cellules d’électrolyse de l’eau réalistes.
La technologie d’électrolyse peut être classée en électrolyse à basse et haute température. Alors que l’électrolyse à basse température fonctionnant à des températures inférieures à 100° Celsius est développée depuis longtemps et est technologiquement plus mature, l’électrolyse à haute température fonctionnant au-dessus de 600° Celsius offre un rendement plus élevé et est considérée comme une technologie de nouvelle génération avec un fort potentiel de coûts supplémentaires. -vers le bas.
Cependant, sa commercialisation a été entravée par le manque de stabilité thermique et une durée de vie insuffisante en raison de la dégradation à haute température, telle que la corrosion et la déformation structurelle. En particulier, les nanocatalyseurs, largement utilisés pour améliorer les performances des électrolyseurs d’eau à basse température, se détériorent rapidement à des températures de fonctionnement élevées, ce qui rend difficile leur utilisation efficace pour l’électrolyse de l’eau à haute température.
Pour surmonter cette limitation, l’équipe a développé une nouvelle technique de synthèse de nanocatalyseurs qui supprime la formation de composés nocifs provoquant une dégradation à haute température.
En analysant systématiquement les phénomènes à l’échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission, les chercheurs ont identifié des substances spécifiques provoquant de graves altérations structurelles, telles que le carbonate de strontium et l’oxyde de cobalt, et ont réussi à les éliminer pour obtenir des nanocatalyseurs très stables, en termes de propriétés chimiques et physiques.
Lorsque l’équipe a appliqué le nanocatalyseur à une cellule d’électrolyse de l’eau à haute température, il a plus que doublé le taux de production d’hydrogène et a fonctionné pendant plus de 400 heures à 650° sans dégradation. Cette technique a également été appliquée avec succès à une cellule d’électrolyse de l’eau pratique de grande surface, confirmant son fort potentiel de mise à l’échelle et d’utilisation commerciale.
« Nos nanomatériaux nouvellement développés ont atteint à la fois des performances et une stabilité élevées pour la technologie d’électrolyse de l’eau à haute température, et ils peuvent contribuer à réduire le coût de production de l’hydrogène vert, le rendant économiquement compétitif par rapport à l’hydrogène gris à l’avenir », a déclaré le Dr Kyungjoong Yoon. du KIST.
« Pour la commercialisation, nous prévoyons de développer des techniques de traitement automatisées pour la production de masse en coopération avec les fabricants de cellules industrielles. »
Plus d’information:
Mi Young Park et al, Synthèse in situ de nanocatalyseurs pérovskites extrêmement petits et thermiquement stables pour les dispositifs énergétiques électrochimiques à haute température, Journal de génie chimique (2023). DOI : 10.1016/j.cej.2023.146924