Des électrodes à gradient pour les piles à combustible du futur

Le borohydrure de sodium (NaBH4) pourrait avantageusement remplacer l’hydrogène en tant que combustible dans les PAC pour certaines applications. D'un point de vue environnemental, le NaBH4 présente l’avantage de se dégrader rapidement en sels inertes une fois rejeté dans la nature, sels qui peuvent aussi être recyclés en combustible NaBH4. Mais surtout, ce composé est capable de stocker jusqu’à 10% de sa masse en hydrogène, résolvant les problèmes de stockage sous pression. Enfin, les piles à base de NaBH4 produiraient beaucoup plus d'énergie par unité de masse que les piles à hydrogène classique.
Tout ça, c’est la théorie, car dans la pratique, le borohydrure de sodium est difficile à mettre en œuvre. « L’oxydation du borohydrure est une réaction très complexe, avec de nombreuses étapes parfois très lentes, et en compétition avec d’autres phénomènes parasites, explique Marian Chatenet, professeur à Grenoble INP et chercheur au LEPMI. On peut cependant remédier à cela grâce à des catalyseurs bien choisis et à des structures d’électrodes adaptées. »
Son idée est en effet de structurer l’électrode de façon à adapter localement sa morphologie à chacune des étapes de l’oxydation. « Nous réfléchissons à une structure d’électrode constituée de briques optimisées pour chaque étape de la réaction en cascade : il s’agit d’optimiser le volume réactionnel, le temps de résidence des composés et la nature des catalyseurs, en fonction de la cinétique des réactions (qui dépendent du catalyseur) et de celle du transport de matière. » Le chercheur a déjà mis au point une électrode en carbone à structure nanoporeuse imprégnée de catalyseurs, adaptée à des piles fonctionnant avec des réactifs « simples ». « Notre excellente connaissance de la réaction d’oxydation du borohydrure de sodium devrait nous permettre de choisir les bons catalyseurs pour chacune de ses étapes et de structurer l’électrode de façon à optimiser la réaction globale. »
Si les piles à borohydrure n’ont pas vocation à se substituer aux batteries lithium-ions ou les piles à hydrogène en raison de leur coût, elles peuvent adresser des marchés de niche pour des applications nécessitant à la fois une grande autonomie et une grande puissance.

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*Laboratoire d'Electrochimie et de Physicochimie des Matériaux et des Interfaces, co-piloté par Grenoble INP, l’Université Grenoble Alpes, l’Université Savoie Mont Blanc et le CNRS.