Les cellules à oxyde solide sont une partie importante de l'énergie propre. Ces appareils fonctionnent à haute température et peuvent faire deux choses. Ils peuvent transformer l'hydrogène en électricité, ou utiliser l'électricité pour séparer l'eau et créer de l'hydrogène. Pour que ces réactions chimiques soient rapides, les ingénieurs utilisent des nanocatalyseurs.
Pendant longtemps, les scientifiques pensaient que ces petits accélérateurs métalliques étaient simples et fixes. Mais une équipe de chercheurs en Corée du Sud a découvert un comportement caché et dynamique. Selon une nouvelle étude, les nanocatalyseurs d'argent changent leurs zones de travail actives selon la tâche qu'ils effectuent.
Les découvertes étaient si importantes que la revue Energy & Environmental Science a choisi cette recherche pour sa couverture extérieure arrière.
L'équipe de recherche a testé plusieurs métaux, comme le cobalt, le palladium et le platine. Ils ont trouvé que l'argent donnait le meilleur résultat pour les réactions liées à l'oxygène. Mais la vraie surprise est venue quand ils ont regardé de plus près comment l'argent se comportait pendant différentes tâches.
Quand une cellule à oxyde solide produit de l'électricité, elle doit réduire l'oxygène. Pendant ce processus, les particules d'argent aident à passer des électrons aux molécules d'oxygène. Les scientifiques ont remarqué que l'activité chimique la plus intense se produisait à la limite où l'argent touchait le matériau de l'électrode sous-jacent.
Cependant, quand l'appareil produisait de l'hydrogène, il devait libérer de l'oxygène. Dans ce mode, les particules d'argent aidaient à joindre les atomes en oxygène moléculaire. En faisant ce travail, la zone principale d'activité se déplaçait entièrement vers la surface extérieure de l'argent lui-même.
Pour voir ce changement de forme microscopique, les chercheurs ont dû créer un environnement de test parfait. Ils ont créé une électrode spéciale avec un motif géométrique contrôlé, plaçant les nanoparticules métalliques à des distances exactes les unes des autres. Ensuite, en utilisant un rayonnement synchrotron puissant et des modèles informatiques au niveau atomique, ils ont observé l'argent modifier les propriétés électroniques de la surface de l'électrode.
Le projet a réuni des experts de l'Université Nationale de Séoul, de l'Institut Avancé de Science et Technologie de Corée, et de l'Institut de Base de Science de Corée. Le Professeur WooChul Jung, qui a aidé à diriger l'enquête à l'Université Nationale de Séoul, a expliqué l'importance de la découverte. "Cette recherche est significative car elle évalue quantitativement la performance des nanocatalyseurs tout en identifiant leurs sites de réaction réels et leurs mécanismes de fonctionnement", a dit Jung.
Ce comportement changeant signifie que les ingénieurs ne peuvent plus considérer les catalyseurs comme de simples accélérateurs de réaction. Au lieu de cela, les chercheurs suggèrent une nouvelle approche pour construire des appareils d'énergie propre. En améliorant séparément la couche extérieure du catalyseur et son point de contact inférieur, les développeurs pourraient créer des machines beaucoup plus efficaces.
Si ces idées sont appliquées à la technologie réelle, elles pourraient réduire la quantité d'énergie nécessaire pour fabriquer du carburant à hydrogène à partir de sources renouvelables. Elles pourraient aussi augmenter la production électrique des systèmes d'alimentation locaux pour les maisons et les usines.
"Nous prévoyons d'établir cela comme un nouveau principe de conception qui peut être appliqué à divers matériaux de conversion d'énergie et systèmes catalytiques", a noté Jung. La clé pour alimenter d'énormes installations industrielles pourrait simplement nécessiter de comprendre exactement où les plus petites particules font leur travail.