Une électrode au nickel réduit de 99 % le coût du catalyseur

Dans un laboratoire coréen, une feuille de nickel et de cobalt fait un travail que le platine assure depuis des décennies. L'électrode décompose l'eau en hydrogène et en oxygène, et l'équipe de l'Institut coréen de recherche sur l'énergie (KIER) affirme qu'elle le fait avec 99 % de coût matériel en moins que les électrodes à métaux nobles. Le Dr Kyung-Soo Kang et le Dr Hyun-Jun Lee dirigent ces travaux, publiés dans Advanced Science. Selon les prix avancés par les chercheurs, le nickel coûte environ 0,02 $ le gramme et le cobalt environ 0,05 $, contre près de 58 $ pour le platine et 54 $ pour le ruthénium.

Le problème à résoudre tient à la lenteur de la réaction chimique. L'électrolyse alcaline est la variante la mieux adaptée aux grandes installations, car son équipement est relativement bon marché. Mais en milieu alcalin, l'eau se dissocie plus de 100 fois plus lentement qu'en milieu acide, si bien que la réaction a besoin d'un catalyseur. Le platine et le ruthénium apportent cette rapidité, et leur prix est ce qui a empêché le procédé de passer à grande échelle. La réponse du KIER est une électrode qui combine deux couches actives sur une même surface : de l'oxyde de nickel, qui accélère la rupture des molécules d'eau, et un alliage nickel-cobalt, qui favorise la formation de l'hydrogène. L'étape qui limite l'ensemble de la réaction est la dissociation de l'eau, et l'oxyde cible directement cette étape.

Les chiffres sont mesurés sur le matériel de l'équipe. L'électrode produit un débit d'hydrogène équivalent à celui d'une électrode classique au platine, avec environ 40 % de la surtension, c'est-à-dire la tension supplémentaire qu'une réaction exige au-delà de son minimum théorique. Selon l'équipe, cela la place parmi les meilleures électrodes alcalines sans métal noble publiées au cours des trois dernières années. Dans une cellule unitaire de 8,7 centimètres, la tension de cellule était inférieure de 11 % à celle d'une cellule à électrode de nickel classique. Après 600 cycles de démarrage-arrêt, les performances sont restées stables, un test destiné à reproduire une installation alimentée par une production éolienne ou solaire intermittente.

Pour le lecteur, l'enjeu est ce que cela pourrait changer au prix de l'hydrogène vert. Selon l'équipe, la technologie pourrait permettre à la Corée du Sud de s'approvisionner sur son sol en matériaux essentiels à l'électrolyse alcaline, un secteur qui dépend largement des importations, et de réduire les coûts de production. Lee indique que l'équipe a fabriqué des électrodes de 40 centimètres et optimise le procédé en vue d'une production de masse commerciale, avec pour prochain objectif 5 000 cm² pour des systèmes de l'ordre du mégawatt. La publication ne donne aucune date pour cette étape, et les chiffres obtenus à ce jour proviennent du laboratoire. Une cellule de laboratoire n'est pas une installation qui fonctionne pendant des années, et une baisse de 99 % du coût des matériaux ne signifie pas à elle seule une baisse de 99 % du coût de production de l'hydrogène. Ce sont ces essais qui restent à venir.