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En raison des nombreux problèmes environnementaux causés par l’utilisation des combustibles fossiles, de nombreux scientifiques du monde entier s’efforcent de trouver des alternatives efficaces. Bien que de grands espoirs aient été placés dans les piles à combustible à hydrogène, la réalité est que le transport, le stockage et l’utilisation d’hydrogène pur entraînent un coût supplémentaire, ce qui rend ce processus difficile avec la technologie actuelle.

Une pile au méthanol 

En revanche, le méthanol (CH3O3), un type d’alcool, ne nécessite pas de stockage au froid, a une densité énergétique plus élevée et est plus facile et plus sûr à transporter. Le passage à une économie basée sur le méthanol est donc un objectif plus réaliste. Cependant, la production d’électricité à partir de méthanol à température ambiante nécessite une pile à combustible à méthanol direct (DMFC), un dispositif qui, jusqu’à présent, offre des performances inférieures.
L’un des principaux problèmes des DMFC est la réaction indésirable « d’oxydation du méthanol », qui se produit lors du « crossover » du méthanol, c’est-à-dire lorsqu’il passe de l’anode à la cathode. Cette réaction entraîne la dégradation du catalyseur au platine (Pt) qui est essentiel pour le fonctionnement de la cellule. Bien que certaines stratégies visant à atténuer ce problème aient été proposées, aucune n’a jusqu’à présent été suffisamment bonne en raison de problèmes de coût ou de stabilité.
Mais, dans une étude une équipe de scientifiques coréens a trouvé une solution créative et efficace. Ils ont fabriqué, selon une procédure relativement simple, un catalyseur composé de nanoparticules de Pt encapsulées dans une enveloppe de carbone. Cette coquille forme un réseau de carbone presque impénétrable avec de petites ouvertures causées par des défauts de l’azote. Alors que l’oxygène, l’un des principaux réactifs des DMFC, peut atteindre le catalyseur Pt par ces « trous », les molécules de méthanol sont trop grosses pour passer à travers.

Pour les ordinateurs portables et les smartphones

« L’enveloppe de carbone agit comme un tamis moléculaire et assure la sélectivité envers les réactifs souhaités, qui peuvent atteindre les sites du catalyseur. Cela empêche la réaction indésirable des noyaux de Pt », explique le professeur Oh Joong Kwon qui a dirigé cette étude.
Les scientifiques ont mené différents types d’expériences pour caractériser la structure et la composition globales du catalyseur et ont prouvé que l’oxygène pouvait traverser la coquille de carbone et que le méthanol ne le pouvait pas. Ils ont également trouvé un moyen simple de régler le nombre de défauts dans l’enveloppe en changeant simplement la température pendant une étape de traitement thermique. Lors de comparaisons expérimentales ultérieures, leur nouveau catalyseur à coquille a surpassé les catalyseurs au platine du commerce, et a également offert une stabilité beaucoup plus élevée.
Le professeur Kwon travaille depuis dix ans à l’amélioration des catalyseurs de piles à combustible, motivé par les nombreuses façons dont cette technologie pourrait s’adapter dans notre vie quotidienne. « Les DMFC ont une densité énergétique plus élevée que les batteries lithium-ion et pourraient donc devenir des sources d’énergie alternatives pour les appareils portables, tels que les ordinateurs portables et les smartphones », remarque-t-il.

Le passage aux carburants de substitution

L’avenir de notre planète étant en jeu, le passage aux carburants de substitution devrait être l’un des principaux objectifs de l’humanité, et cette étude est un pas remarquable dans la bonne direction.
Cette recherche a été publiée dans ACS Applied Materials & Interfaces.
Source : Incheon National University
Crédit photo : Pexels