Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
La production d'hydrogène «vert» par électrolyse est confrontée à une forte concurrence : plus de 90 pour cent de l'hydrogène est aujourd'hui produit principalement à partir de gaz naturel, car l'hydrogène durable issu de l'électrolyse est environ deux fois plus cher à produire. C'est pourquoi, selon l'Empa, des chercheurs de l'Empa et d'instituts de recherche de Brest (FR) et de Nancy (FR) travaillent dans le cadre d'un projet sur des alternatives moins chères pour deux matériaux clés dans les appareils d'électrolyse: Titane et platine.
L'environnement qui règne dans l'électrolyseur est corrosif. Même les composants qui ne sont pas en contact avec le milieu hautement acide se corrodent. Et même la plus petite quantité de métal dissous dans l'eau très pure qui s'écoule dans l'appareil pour l'électrolyse peut entraîner une baisse de ses performances et de sa durée de vie. C'est pourquoi les composants pour l'arrivée et l'évacuation de l'eau et des gaz produits à l'intérieur de l'électrolyseur sont en titane. Pour éviter que le titane ne s'oxyde et que l'efficacité de l'électrolyseur ne soit compromise, les composants doivent encore être recouverts d'un métal précieux, le platine, ce qui augmente encore les coûts.
Le projet cherche donc des moyens de remplacer le platine coûteux sans compromettre la résistance à la corrosion. Pour cela, on mise sur une forme particulière d'oxyde de titane, le rutile hautement cristallin et pauvre en oxygène. La raison: dans le rutile, il manque des atomes d'oxygène à certains endroits, ce qui confère au matériau une bonne conductivité, tandis que sa haute cristallinité assure une grande résistance à la corrosion. En outre, le matériau de support, le titane, doit être remplacé par de l'acier. «L'acier est non seulement moins cher, mais aussi beaucoup plus facile à travailler. Cela permet de concevoir de nouveaux composants avancés qui augmentent l'efficacité de la cellule», explique Konstantin Egorov de l'Empa.
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Selon l'Empa, les premiers résultats confirment la grande résistance à la corrosion du nouveau revêtement. «Nous avons pu développer une méthode pour revêtir avec succès d'oxyde de titane le premier composant de l'électrolyseur PEMWE, la plaque dite bipolaire», explique Egorov. La méthode utilisée à cet effet s'appelle le dépôt physique en phase vapeur (en anglais «physical vapour deposition» ou PVD) et est largement répandue dans l'industrie.
Après les tests réussis sur la plaque bipolaire, un autre composant clé doit être revêtu d'oxyde de titane : la couche de transport poreuse. Selon Egorov, le revêtement d'un matériau poreux présente de nombreux défis, car les pores doivent être revêtus de manière uniforme afin que le matériau sous-jacent ne soit ni corrodé ni obstrué.
Le projet se poursuivra jusqu'en 2026. Ensuite, les chercheurs de l'Empa espèrent faire monter à bord un partenaire industriel afin de poursuivre le développement de cette technologie innovante en vue de sa commercialisation.
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