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Le cobalt deviendra t-il plus précieux que le platine ?

05/09/2012

Une des solutions pour stocker l'électricité issue d’énergies renouvelables est de la transformer en hydrogène par électrolyse de l’eau, mais cela nécessite l'emploi de catalyseurs en platine et iridium, des métaux rares et chers.Les meilleurs laboratoires au monde se sont lancés dans la course pour trouver d'autres catalyseurs meilleur marché.

Un groupe de chercheurs de plusieurs laboratoires du CEA, dont l’Iramis à Saclay, vient prendre une longueur d’avance dans cette course en développant un nouveau type de catalyseur à base de cobalt. Un catalyseur qui de surcroit permet envisager la production d'hydrogène en utilisant directement la lumière solaire.

Fabriquer de l’hydrogène par électrolyse de l’eau n’est pas si simple qu’il y parait. Les électrolyseurs qui supportent le mieux les importantes variations de courant, ou les fréquents arrêts et remises en route, imposés par les sources d’énergie renouvelable (éolien, photovoltaïque) sont de type à membrane échangeuse de proton PEM. En général, ces électrolyseurs utilisent deux types de catalyseurs, l’iridium pour « casser » les molécules d’eau en les oxydant, et le platine qui réduit les ions hydrogène ainsi produits et les transforme en molécules de dihydrogène, c’est-à-dire en gaz hydrogène.
On savait déjà que certains oxydes de cobalt sont d’excellents catalyseurs d’oxydation de l’eau. Mais les équipes du CEA, du Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux, du Liten et du Leti, tous trois à Grenoble, et de l’Iramis à Saclay, ont récemment montré que le cobalt pouvait également être une solution prometteuse pour la réaction de production d’hydrogène. Ils ont développé un procédé électrochimique simple permettant de déposer un matériau catalytique robuste présentant une activité bien supérieure à l’état de l’art grâce à une structure spécifique reposant sur des nanoparticules de cobalt enrobées d’un oxo-phosphate de cobalt(II).
 

L’avantage décisif de cet oxyde complexe de cobalt est qu’il s’agit du premier matériau catalytique "commutable" ou "Janus". Il peut sous sa forme "réduite" (les nanoparticules enrobées) catalyser la production d’hydrogène à pH neutre, et sous sa forme "oxydée" (un oxyde complexe de cobalt) produire l’oxygène dans les mêmes conditions.

Ainsi le cobalt, 1000 à 2000 moins cher que l’iridium et le platine, pourrait servir de base pour élaborer un électrolyseur d’un nouveau type, adapté aux contraintes de l’électricité provenant des énergies alternatives.

A l'avenir, le cobalt pourrait se révéler beaucoup plus précieux encore, car les chercheurs ambitionnent maintenant d’utiliser leurs résultats pour la mise au point de dispositifs robustes et bon marché capable de produire de l’hydrogène de manière totalement renouvelable à partir d’eau et d’énergie solaire, selon un processus qui imiterait la photosynthèse.

 
 

Pour en savoir plus :

L’information sur le site de l'Iramis.

L’article paru dans Nature matérial.

Les pages de Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux pour le groupe métaux et hydrogène

Le site de Iramis

Le site du Liten

Le site du Leti