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la date publique de communiqué: le 4 decembre 2007

Une nouvelle piste pour le stockage de l'hydrogène dans les voitures

ce communiqué est aussi disponible en anglais.

Les recherches sur les voitures à hydrogène pourraient faire un bond en avant grâce à une nouvelle forme de borohydrure de lithium, découverte par des scientifiques à l’ESRF. Le matériau, le borohydrure de lithium, qui contient 18% d’hydrogène, est un bon candidat pour les systèmes de stockage d’hydrogène. Son défaut principal est qu’il libère son hydrogène seulement à des températures relativement élevées (au-dessus de 300 °C). L’équipe scientifique à l’ESRF a trouvé une nouvelle forme de ce composé qui pourrait peut-être libérer l’hydrogène à des températures plus douces. Cette découverte, qui bouleverse les prévisions théoriques, a été publiée aujourd’hui comme VIP, Very Important Paper, dans Angewandte Chemie.

L’industrie automobile fait des recherches considérables sur les voitures du futur, des voitures moins polluantes que maintenant, qui utiliseraient comme source d’énergie la combinaison d’oxygène et d’hydrogène. Ces voitures ne feraient donc pas appel aux produits pétroliers et seraient parfaitement écologiques, puisque le résultat de la combinaison oxygène/hydrogène, c’est de l’eau. La principale difficulté aujourd’hui est de trouver un système capable de stocker l’hydrogène (l’oxygène étant disponible dans l’air) et de libérer cet hydrogène facilement.

Les scientifiques de la station expérimentale suisse-norvégienne de l’ESRF étudient actuellement différents composés d’éléments légers comportant de l’hydrogène et les différentes formes qu’ils prennent selon la température et la pression. Le borohydrure de lithium, LiBH4, est l’un des composés étudiés car il contient une proportion importante d’hydrogène (18 % en poids). Le nouvel état de ce composé, que les scientifiques viennent seulement de découvrir, est prometteur car il semble être instable. Jusqu’à maintenant, toutes les formes connues de ce composé sont trop stables, ce qui signifie qu’elles ne laissent pas l’hydrogène s’échapper. « Cette nouvelle forme est réellement inattendue, et elle a beaucoup de potentiel » rapporte Yaroslav Filinchuk, l’un des auteurs de l’article.

Afin d’obtenir de nouvelles formes de borohydrure de lithium, l’équipe a soumis l’échantillon à des pressions allant jusqu’à 200 000 atmosphères. La pression de 200 000 atmosphères appliquée au LiBH4 dans l’expérience réalisée à l’ESRF, est environ 80 fois plus forte que la pression exercée par l’Everest sur la croute terrestre (cette dernière est à peu près équivalente à 2 500 atmosphères). Bien qu’impressionant, ce chiffre n’est pas un record – de plus fortes pressions peuvent être atteintes dans le laboratoire en utilisant la même technique de cellule à enclume de diamant, mais cela n’était pas nécessaire pour cette expérience.

Les techniques de diffraction en lumière synchrotron ont permis de déterminer l’arrangement des atomes dans les différentes formes du matériau testé. De cette façon deux nouvelles structures de borohydrure de lithium ont été découvertes. L’une d’entre elles est réellement inattendue (image 1) et révèle des distances extrêmement courtes entre les atomes d’hydrogène (image 2).

Les recherches effectuées à la fois sur le plan expérimental et théorique montrent que la nouvelle forme du LiBH4 peut libérer de l’hydrogène à des températures plus basses. Filinchuk explique que « la nouvelle structure est bien plus intéressante si l’on considère le fait qu’elle apparaît déjà à 100 000 atmosphères, qui est la pression utilisée par les entreprises pharmaceutiques pour comprimer les pilules ». Les auteurs de l’article pensent que l’on pourait arriver à stabiliser cette structure grâce à des substituts chimiques, et cela même à température ambiante. La prochaine étape pour l’équipe va maintenant consister à appliquer des techniques de génie chimique au composé pour « geler » la nouvelle structure à des conditions ambiantes et de vérifier qu’elle montre des propriétés de stockage de l’hydrogène plus favorables que le borohydrure de lithium pur.

Bien qu’en général l’hydrogène ne soit pas très facilement détecté par les rayons X, les scientifiques ont réussi à le voir grâce à la forte brillance de la lumière synchrotron de l’ESRF. Même si les études théoriques n’avaient pas réussi à prédire l’existence de cette nouvelle structure, elles arrivent aux mêmes conclusions. Ces recherches présentent une avancée dans les études expérimentales de ce système riche en hydrogène, expliquent l’échec des prévisions théoriques précédentes et suggèrent que ce nouveau composé soit utilisé pour le stockage de l’hydrogène.

La lumière synchrotron ayant démontré ses possibilités sur ce type de matériau, l’équipe de la station expérimentale suisse-norvégienne de l’ESRF va donc continuer à étudier ces composés et à développer des applications potentielles auxquelles, jusqu’ici, on ne croyait pas.

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Références
Y. Filinchuk, D. Chernyshov, A. Nevidomskyy, V. Dmitriev, Angewandte Chemie Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.200704711 (2007)
Y. Filinchuk, A.V. Talyzin, D. Chernyshov, V. Dmitriev, Phys. Rev. B., 76, 092104 (2007)
R. Černý, Y. Filinchuk, H. Hagemann, K. Yvon, Angewandte Chemie Int. Ed., 46, 5765-5767 (2007).