Des chercheurs dirigés par Genki Kobayashi au Riken Pionering Research Institute (PRI) au Japon ont découvert un moyen de maximiser la quantité d'hydrogène qui peut être stockée dans la poudre cristalline de pérovskite. L'astuce consiste à introduire l'hydrogène dans la structure du réseau de pérovskite en utilisant la mécanochimie – les réactions chimiques qui se produisent par des composés de broyage et de mélange physiquement ensemble.
Ce processus affecte également la structure cristalline de la poudre, ce qui en fait un catalyseur encore meilleur pour la production d'ammoniac. Parce que ce processus nécessite moins d'énergie que les méthodes non mécaniques traditionnelles, la découverte est respectueuse de l'environnement et bon pour la durabilité future. Les résultats ont été signalés dans le Journal de l'American Chemical Society.
Les scientifiques s'efforcent actuellement de stocker l'hydrogène plus efficacement pour diverses raisons, et l'un des meilleurs médiums est un type de cristal appelé Perovskite.
Les réactions chimiques peuvent être utilisées pour remplacer les ions oxygène dans la poudre cristalline par l'hydrure (H–), le transformant en un oxyhydride de pérovskite. Une fois l'hydrogène stocké de cette manière, il est facilement transportable et peut être utilisé comme catalyseur pour créer de l'ammoniac.
Comme l'ammoniac est l'ingrédient principal de la plupart des engrais, il faut pour de nombreux plastiques et est lui-même un type de carburant d'hydrogène, la poudre d'oxyhydride de pérovskite présente de nombreux avantages potentiels. Cependant, qu'ils utilisent une température élevée ou à haute pression, les réactions chimiques actuellement connues ne remplacent qu'environ 17% de l'oxygène par l'hydrure, ce qui signifie que la poudre a le potentiel de stocker beaucoup plus d'hydrogène que ce qui est actuellement possible.
L'équipe dirigée par le scientifique en chef Kobayashi recherche des moyens d'augmenter la limite de saturation de l'hydrogène de 17% et d'obtenir plus d'hydrogène dans la poudre de pérovskite.
Plutôt que d'utiliser des températures élevées ou des techniques à haute pression, ils ont expérimenté des réactions mécanochimiques physiques, qui fonctionnent bien à température ambiante et en font une option plus attrayante pour maintenir l'environnement.
Maintenant, ils ont trouvé un moyen d'augmenter considérablement la saturation de l'hydrogène, avec deux fois plus d'ions d'oxygène dans la structure cristalline remplacés par des hydrures. Cela signifie que la nouvelle méthode double pratiquement la capacité de stockage d'hydrogène de la poudre de pérovskite.
Dans les expériences, les chercheurs ont produit du barium titanate de l'oxyhydride de deux manières: mécanochimiquement et topochimiquement. Ils ont constaté que la manière mécanochimique – broyant et mélangeant des ingrédients, était en phycémie – avait deux avantages par rapport à la méthode standard à haute température.
Premièrement, la structure du réseau de la poudre cristalline contenait plus d'hydrure. Deuxièmement, même lors de la prise de pièces de chacun avec le même nombre d'hydraudes, la version produite mécanochimique était un meilleur catalyseur; Plus d'ammoniac a été produit. L'analyse a montré que cela était dû au processus de broyage induit des déformations bénéfiques dans le réseau que la chaleur élevée ne pouvait pas.
« Cette progression est une bonne nouvelle pour la durabilité environnementale et nous aidera éventuellement à réaliser une véritable économie basée sur l'hydrogène », explique Kobayashi.
À court terme, il dit que leurs nouvelles résultats fournissent des directives de conception de matériaux précieuses qui seront utiles dans le développement de nouveaux matériaux fonctionnels qui contiennent des ions hydrure.
La nouvelle limite de saturation de l'hydrogène de 34% est probablement le maximum qui peut être obtenu en utilisant le titanate de baryum, mais des résultats encore meilleurs pourraient être possibles à commencer par une autre pérovskite.
« À long terme », dit Kobayashi, « notre approche mécanochimique devrait produire des catalyseurs encore meilleurs pour la synthèse d'ammoniac, ainsi que des matériaux pour les dispositifs électrochimiques tels que les piles à combustible, un champ dans lequel le laboratoire de Kobayashi se spécialise. »
