Moins de métaux précieux dans le convertisseur catalytique rendent la voiture à pile à combustible abordable.
Les véhicules électriques à batterie sont prêts à conquérir le monde. Aujourd'hui, ils ne représentent que 1 % de l'ensemble du trafic routier. Mais un certain nombre d'innovations - comme la batterie moins chère avec une durée de vie plus longue - rendent désormais la voiture propre beaucoup plus attractive financièrement. Tesla compte plus de 400 000 acheteurs sur liste d'attente pour sa Model 3. Elle affiche un prix d'un peu moins de 30 000 euros et devrait être sur les routes à l'été 2018.
Malheureusement, l'autre voiture qui n'émet pas de CO2, la voiture à hydrogène avec pile à combustible, reste trop chère pour le consommateur moyen. (Le prix d'usine de la Toyota Mirai est d'un peu moins de 50 000 euros.) Une série de laboratoires et d'entreprises souhaitent faire baisser le prix de revient. Pour cela, ils ont en ligne de mire l'une des pièces les plus chères de la voiture à hydrogène :le pot catalytique. Dans de nombreux modèles commerciaux, il contient du platine, un métal précieux si cher et si rare que cette génération de voitures a peu de perspectives d'avenir.
La recherche suit plusieurs pistes :utiliser le platine plus efficacement, le remplacer par du palladium (qui est tout aussi performant et légèrement moins cher) par des métaux bon marché comme le nickel et le cuivre, ou le faire sans métal. Les scientifiques étudient également des alternatives au film de carbone qui sert de support aux fines couches de nanoparticules de platine.
Stanislaus Wong de l'Université Stony Brook mène le peloton. Avec Radoslav Adzic (laboratoire national de Brookhaven), il a mélangé des quantités relativement faibles de platine et de palladium avec des métaux moins chers tels que le fer, le nickel et le cuivre. Ils ont trouvé des alliages qui se sont avérés beaucoup plus actifs que les catalyseurs commerciaux. Le groupe de Wong les a transformés en un nanofil unidimensionnel très fin (environ deux nanomètres de diamètre), qui, grâce à sa grande surface par volume, offre plus de centres actifs pour la réaction catalytique.
Un catalyseur sans platine serait bien sûr la meilleure solution. La recherche dans ce domaine est plus récente, mais il y a beaucoup d'activité entre-temps. Fin 2016, Sang Hoon Joo de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) en Corée du Sud a rendu compte d'un catalyseur composé de nanotubes de carbone trempés dans du fer et de l'azote. Il s'est avéré montrer autant d'activité que les catalyseurs commerciaux. Liming Dai (Case Western Reserve University) et ses collègues ont inventé un catalyseur sans aucun métal. La mousse de carbone dopée en azote et phosphore est tout aussi active que les catalyseurs classiques.
Inventer et développer un matériau doté d'excellentes propriétés catalytiques n'est qu'une partie du défi, note Wong. La recherche devrait également se concentrer sur la mise à l'échelle des méthodes de production qui se sont avérées efficaces en laboratoire. Cela permet aux chercheurs de savoir si les meilleurs candidats restent également actifs et durables. Dans toutes les phases de la recherche, les scientifiques sont assistés par des théoriciens. À l'aide de simulations informatiques avancées, ils calculent comment des variables telles que la composition chimique, la taille et la forme des nanoparticules métalliques et l'architecture de la structure de support influencent les performances. Selon Wong, il est inévitable que cette collaboration produise un jour d'excellents catalyseurs et une voiture à pile à combustible abordable.
Un système de transport durable nécessite évidemment plus que zéro émission sur la route. La production et la distribution de carburant doivent également devenir plus durables, qu'il s'agisse d'électricité ou d'hydrogène. Ce plus grand défi reste à relever.
