Guide pour le développement de nouveaux catalyseurs

Les électrolyseurs sont des dispositifs permettant de décomposer une substance en ses composants. Dans le cas de la production d'hydrogène, par exemple, une molécule d'eau est divisée en deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène par l'utilisation d'électricité. Des catalyseurs sont nécessaires pour déclencher et accélérer cette réaction. Mais malgré de nombreux efforts pour développer de tels catalyseurs, on n'a pas encore réussi à produire des matériaux destinés à être utilisés à grande échelle dans l'industrie. «Dans la pratique, les matériaux doivent fonctionner non seulement en laboratoire, mais aussi dans des conditions industrielles réelles, et ce pendant au moins dix ans. Or, compte tenu de la diversité des matériaux potentiels et des différentes méthodes de test, le choix s'avère de plus en plus difficile», comme le souligne Dr Philipp Gerschel de l'université de la Ruhr à Bochum (RUB).

Le développement de catalyseurs est un défi

«En prenant l'exemple du développement de l'oxygène alcalin, nous nous sommes concentrés sur le passage de la recherche fondamentale à la maturité d'application», explique le professeur Ulf-Peter Apfel (RUB/Fraunhofer UMSICHT). Le dégagement d'oxygène est une réaction partielle de la production d'hydrogène - et en même temps un point faible du développement de catalyseurs, car pendant le processus, la composition de la surface du catalyseur change, ce qui détériore ses propriétés catalytiques.
«Dans ce contexte, nous avons développé un flux de travail cohérent pour le screening rapide d'un grand nombre de matériaux d'anode possibles, qui permet une comparaison fiable des matériaux entre différents groupes de recherche», explique le professeur Doris Segets de l'université de Duisburg-Essen. «Le flux de travail est applicable à différents tests d'électrolyse AEM et recueille également des informations sur la structure de l'électrode comme lien entre les données sur les matériaux et les caractéristiques électrochimiques». L'électrolyse AEM (anion exchange membrane) est un nouveau procédé de production d'hydrogène qui ne nécessite pas de métaux précieux comme catalyseurs.
Ce procédé pourrait faire avancer de manière significative le développement des catalyseurs et permettre une production généralisée d'électrolyseurs d'ici dix ans. Le processus complet d'identification et de transfert systématique des matériaux à l'échelle industrielle est le résultat d'une coopération exceptionnelle entre l'université de Duisburg-Essen, le centre pour la technique des piles à combustible de l'université de la Ruhr à Bochum, le Fraunhofer UMSICHT et l'institut Max-Planck pour la conversion chimique de l'énergie dans le cadre du projet Dimension. Au total, 18 chercheurs de différentes disciplines, de la chimie à l'ingénierie des procédés, y participent.