Enfin une solution viable

L'hydrogène vert, produit à partir d'énergies renouvelables par électrolyse de l'eau, est la grande promesse du secteur de l'énergie. Des pays comme l'Espagne misent sur ce vecteur énergétique pour leur avenir, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour que sa production se fasse à une échelle durable. Et sur ce point, le Japon a une longueur d'avance. En effet, ces dernières années, les électrolyseurs de type PEM, qui utilisent une membrane échangeuse de protons comme électrolyte, ont gagné en popularité dans la production d'hydrogène en raison de leur plus grande efficacité et de leur capacité à répondre rapidement aux sources d'énergie intermittentes.

Le problème des électrolyseurs de type PEM est qu'ils sont plus coûteux. Ils nécessitent des catalyseurs efficaces qui résistent à la corrosion dans l'acide, et utilisent donc du platine ou de l'iridium, qui sont des métaux rares et coûteux. Les catalyseurs à l'iridium permettent de prolonger la réaction de transformation de l'oxygène et de produire de grandes quantités d'hydrogène. Et la question était de savoir s'il existe un matériau bon marché capable de faire la même chose ? Des chercheurs de l'Institut RIKEN au Japon ont pris un métal commun, le manganèse, et ont modifié sa structure tridimensionnelle pour fabriquer le premier électrolyseur PEM efficace et durable sans métaux rares.

Tout se cache dans sa structure 3D

Les chercheurs ont mis au point un catalyseur à base d'oxyde de manganèse (MnO2) en manipulant la structure du réseau du matériau de manière à ce qu'il forme des liaisons plus fortes avec les atomes d'oxygène. Le MnO2 amélioré est beaucoup plus stable que les autres catalyseurs à base de métaux non nobles et maintient la réaction avec l'eau pendant beaucoup plus longtemps. 1 000 % d'hydrogène en plus. Selon une étude publiée dans Nature Catalysis, le MnO2 multiplie par 40 la durée de vie d'autres catalyseurs bon marché. Le matériau est plus résistant à la dissolution dans l'acide et plus stable pendant la réaction. Lors de tests en laboratoire, le catalyseur a fonctionné pendant plus de 1 000 heures à 200 mA/cm², produisant 10 fois plus d'hydrogène que les autres matériaux.

Crédit photo : Institut RIKEN

Bien sûr, ce n'est qu'un début. Il reste du travail à faire pour que le nouveau matériau puisse être installé dans des électrolyseurs industriels, mais les chercheurs pensent que leur découverte jouera un rôle crucial dans la production durable d'hydrogène. De futures modifications de la structure du manganèse pourraient encore augmenter la densité de courant supportée par le matériau et la durée de vie du catalyseur, l'objectif à long terme étant de rendre l'électrolyse de l'eau exempte d'iridium.