Électrolyse intensifié magnétiquement pour la production de l’Hydrogène à bas coût – Hy-walHy

Le projet Hy-walHy propose de développer l’activation magnétique de l’électrolyse alcaline pour la production de l’hydrogène, dont la preuve de concept a été apportée par le LEPMI et le LPCNO. L’activation magnétique est due à la transformation locale d’un champ magnétique alternatif haute fréquence en chaleur grâce à des nanoparticules magnétiques. Le LPCNO a développé un nouveau catalyseur magnétiquement sensible, consistant en des nanoparticules de 15 nm de carbure de fer (Fe2.2C cristallisé, noté "FeC") revêtues de nickel (FeC@Ni). Le LEPMI a conçu une cellule pour effectuer des mesures électrochimiques sous champ magnétique. Il a été démontré que l'activation magnétique améliorait considérablement l'activité électrocatalytique.

Cette première étude a prouvé que le chauffage magnétique peut être employé pour améliorer l'activité de ce catalyseur à base nickel pour les réactions d'électrolyse de l'eau dans un milieu alcalin de 1 mol L-1 KOH. Grâce à leur noyau magnétique de carbure de fer, les nanoparticules ont pu être chauffées à très haute température (locale), améliorant significativement l’activité électrocatalytique de leur coquille de nickel. Le surpotentiel de dégagement d’oxygène (OER) a pu être abaissé de près de 200 mV pour une densité de courant allant de 10 à 25 mA cm-2 sous un champ électromagnétique de 40 mT, De plus, pour une densité de courant de plus de 25 mA cm-2, le surpotentiel de dégagement d’hydrogène (HER) a été diminué de 75 mV sous un champ électromagnétique de 48 mT. Dans des conditions similaires, aucune activation n'a été enregistrée avec des nanocatalyseurs conventionnels (sans nanoparticules FeC@Ni). Pour poursuivre cet effort, le projet Hy-walHy utilisera deux approches (nano-ingénierie et ingénierie multiphysique) pour développer des nanoparticules à haut rendement thermique alliant une bonne durabilité et de faibles surtensions, et concevoir des cellules électrochimiques et des inducteurs énergétiquement optimisés.

Du point de vue des (nano) matériaux, nous développerons des nanoparticules à forte puissance de chauffe, qui présentent une bonne durabilité en fonctionnement et permettent de faibles surtensions réactionnelles. Du point de vue de l'ingénierie, les efforts seront axés sur la conception de cellules électrochimiques compatibles à la fois avec l’environnement diphasique de l’électrolyse alcaline et leur insertion dans un champ magnétique, ainsi que des inductances adaptées pour minimiser l'énergie requise pour la génération du champ magnétique et augmenter les performances globales de l’électrolyse. L'objectif du projet Hy-walHy est d'atteindre une densité de courant élevée égale à 1 A cm-2 avec des surtension d’électrodes inférieures à 500 mV, en utilisant des catalyseurs qui n’appartiennent pas au groupe des platinoïdes, ce qui reste inaccessible avec les technologies d’électrolyse alcaline classique ou à membrane protonique.