Des quantités réduites de métaux précieux dans le convertisseur catalytique rendent les voitures à pile à combustible abordables pour le grand public.
Les véhicules électriques à batterie sont en passe de conquérir le monde. Ils ne représentent aujourd'hui que 1 % du trafic routier, mais des innovations comme des batteries moins chères et plus durables les rendent financièrement attractives. Tesla affiche plus de 400 000 commandes en attente pour sa Model 3, au prix d'environ 30 000 euros, disponible sur les routes depuis l'été 2018.
Cependant, l'autre alternative zéro émission, la voiture à hydrogène équipée d'une pile à combustible, reste trop coûteuse pour le consommateur moyen (prix d'usine de la Toyota Mirai : environ 50 000 euros). Plusieurs laboratoires et entreprises visent à baisser les coûts, en ciblant la pièce la plus onéreuse : le convertisseur catalytique. Dans les modèles actuels, il contient du platine, un métal précieux rare et cher, limitant les perspectives commerciales.
La recherche explore plusieurs voies : optimiser l'usage du platine, le substituer par du palladium (aussi performant et légèrement moins cher), des métaux abordables comme le nickel ou le cuivre, ou même s'en passer. Des alternatives au support en film de carbone pour les nanoparticules de platine sont aussi étudiées.
Stanislaus Wong, de l'Université Stony Brook, est à la pointe avec Radoslav Adzic (laboratoire national de Brookhaven). Ils ont développé des alliages combinant de faibles doses de platine et palladium avec du fer, nickel ou cuivre. Ces alliages surpassent les catalyseurs commerciaux en activité. Transformés en nanofils d'environ 2 nm de diamètre, ils maximisent la surface active pour la réaction catalytique.
Un catalyseur sans platine serait idéal. Les avancées récentes sont prometteuses : fin 2016, Sang Hoon Joo (UNIST, Corée du Sud) a présenté des nanotubes de carbone dopés au fer et azote, aussi performants que les standards. Liming Dai (Case Western Reserve University) a créé une mousse de carbone dopée azote-phosphore, active sans métal.
Développer un matériau performant n'est qu'une étape, souligne Wong. Il faut scaler les procédés labo pour vérifier durabilité et activité industrielle. Les théoriciens aident via simulations avancées, modélisant l'impact de la composition, taille, forme des nanoparticules et structure du support. Cette collaboration mènera inévitablement à des catalyseurs excellents et des piles à combustible abordables.
Un système de transport durable exige plus que zéro émission à l'usage : production et distribution d'électricité ou d'hydrogène doivent aussi verdir. Ce défi majeur reste à relever.
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