Matériaux d’électrode pour l’électrolyse alcaline de l’eau

La hausse spectaculaire des prix de l’énergie, au début des années 2020, couplée au besoin de décarbonation de l’industrie, a propulsé la filière de l’hydrogène vers un développement rapide. Ce vecteur d’énergie pour la mobilité pouvant stocker 123 MJ · kg ^–1 est, en effet, utilisé notamment pour la production d’ammoniac, mais aussi dans la sidérurgie, ainsi que comme réactif dans les procédés de raffinage des bruts en produits pétroliers, carburants et biocarburants. On peut aussi l’utiliser pour stocker temporairement l’excédent d’énergie produit par les sources d’énergie renouvelables, afin de pallier leur intermittence dans le cadre de leur développement.

Toutefois, malgré la hausse des prix de l’énergie, la production d’hydrogène renouvelable (émettant moins de 3,38 kg de CO ₂ par kg d’H _2(g) produit à partir d’une source d’énergie renouvelable), en opposition à l’hydrogène carboné issu du vaporeformage, reste très onéreuse. L’hydrogène est, de plus, qualifié de bas carbone lorsque sa production émet moins de 3,38 kg de CO ₂ par kg d’H _2(g) produit, mais que la source d’énergie employée n’est pas qualifiée de renouvelable. L’hydrogène issu du vaporeformage émet environ 11 kg de CO ₂ par kg d’H _2(g) produit. Le prix du kg d’hydrogène obtenu devrait, quant à lui, atteindre moins de 3 €, alors que sa production par électrolyse de l’eau revient encore entre 10 et 20 €.

L’électrolyse de l’eau représente aujourd’hui à peine 4 % de la production d’hydrogène, mais devrait progresser rapidement d’ici 2030 pour se substituer au vaporeformage. Plusieurs procédés sont utilisés pour la réaliser. Le plus ancien, et le plus mature, est l’électrolyse alcaline de l’eau avec diaphragme. Le deuxième, plus récent, encore en cours d’optimisation, est l’électrolyse PEMWE (Proton Exchange Membrane Water Electrolysis). En milieu acide, il utilise une membrane échangeuse de protons. Encore émergent, le procédé d’électrolyse alcaline de l’eau avec membrane échangeuse d’anions (AEMWE), est l’un des plus récents. D’autres procédés (électrolyse alimentée par capillaire, électrolyseurs sans membranes, électrolyseur haute température) ont fait l’objet de récentes parutions internationales.

Si le milieu acide permet de bons rendements (80-90 %), de grandes densités de courant (600-2 000 mA · cm ^–2 ), et un gaz plus pur en sortie (99,99 %), il contraint à l’usage de métaux nobles et rares, comme le Pt ou...