Cette révélation, issue des laboratoires de recherche japonais, suggère non seulement une avancée majeure dans l’efficacité des piles à hydrogène mais ouvre également la voie à une réduction significative des coûts de production, rendant cette technologie plus accessible et peut-être même révolutionnaire pour l’industrie automobile et au-delà.
Des chercheurs de l’université de Chiba ont découvert que l’intégration de caféine dans le processus de fabrication des piles à hydrogène pouvait considérablement augmenter leur efficacité en réduisant la quantité de platine nécessaire dans les électrodes. Cette percée pourrait non seulement abaisser les barrières financières associées à cette technologie propre mais aussi accélérer son adoption comme alternative viable aux véhicules à essence, promettant un avenir plus vert et plus durable.
Les piles à combustible suscitent un intérêt croissant en tant que technologie alternative pour le stockage de l’énergie dans diverses applications, allant des véhicules électriques aux centres de données. Toutefois, leur adoption pourrait être limitée en raison des coûts élevés qui y sont associés, principalement dus à l’utilisation de matériaux coûteux.
Le café au service de l’efficacité
Des chercheurs de la Graduate School of Engineering de l’université de Chiba, au Japon, ont découvert que l’ajout de caféine pouvait améliorer l’efficacité des piles à combustible, entraînant une réduction significative de la quantité de platine nécessaire, et donc une diminution des coûts associés à leur fabrication.
L’étude, publiée dans la revue Communications Chemistry, se concentre sur le processus de catalyse à la cathode d’une pile à combustible et explore les moyens de rendre cette réaction plus efficace.
Les piles à combustible fonctionnent de la même manière que les batteries, c’est-à-dire qu’elles convertissent en électricité l’énergie chimique d’un combustible (ou électrolyte) et d’un agent oxydant. En général, l’hydrogène sert de combustible et l’oxygène d’oxydant. Contrairement aux batteries, qui ont une durée de vie limitée, les piles à combustible peuvent produire de l’électricité en continu tant qu’elles sont alimentées en combustible.
Du grain au gramme
Au cours du processus, l’hydrogène est oxydé à l’anode, ce qui génère des ions d’hydrogène et des électrons. Les ions traversent l’électrolyte d’hydrogène jusqu’à la cathode, tandis que les électrons circulent dans un circuit externe, produisant de l’électricité. À la cathode, l’oxygène se combine aux ions hydrogène et aux électrons, ce qui produit de l’eau comme sous-produit.
Cependant, cette production d’eau a un impact sur les performances de la pile à combustible. Selon les chercheurs, l’eau réagit avec le platine (Pt) pour former une couche d’hydroxyde de platine (PtOH) sur l’électrode, ce qui interfère avec la catalyse de la réaction de réduction de l’oxygène (ORR).
Pour fonctionner efficacement, les piles à combustible doivent être fortement chargées en platine (teneur en platine plus élevée), ce qui augmente considérablement les coûts associés à ces technologies. Une rapide recherche en ligne révèle des prix de marché pour le platine d’environ 29,98 $ le gramme, soit 932,61 $ l’once, au moment de la rédaction du présent document.
Les chercheurs ont découvert que l’ajout de caféine pouvait multiplier jusqu’à 11 fois l’activité de réduction de l’oxygène (ORR) des électrodes de platine, ce qui se traduit par une réaction beaucoup plus efficace.
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Comment en sont-ils arrivés à cette expérience ?
L’article fournit une explication. La modification des électrodes avec un matériau hydrophobe est connue pour être une stratégie efficace pour améliorer l’efficacité de la réduction de l’oxygène (ORR). La caféine a été considérée comme une option prometteuse en raison de sa faible toxicité par rapport à d’autres substances hydrophobes. En outre, il a été démontré que la caféine active le dégagement d’hydrogène et les réactions d’oxydation dans les nanoparticules de platine et les carbones dopés à la caféine.
Les travaux menés à l’université de Chiba ont été dirigés par le professeur Nagahiro Hoshi du département de chimie appliquée et de biotechnologie. Il a expliqué que les chercheurs ont observé une amélioration significative de l’activité de réduction de l’oxygène (ORR) de l’électrode en augmentant la concentration de caféine dans l’électrolyte et que leur découverte pourrait permettre d’améliorer la conception des piles à combustible et de promouvoir une adoption plus large de la technologie.
Les piles à combustible ont diverses applications et, de plus en plus, les constructeurs automobiles ou les centres de données les adoptent comme source d’énergie de secours pour remplacer le diesel, voire comme source d’énergie principale.
