La pile à combustible, un dispositif qui convertit directement l'énergie chimique du carburant en électricité, fait face à un obstacle clé dans son déploiement : l'« empoisonnement au soufre ». De minuscules traces d'impuretés de soufre peuvent entraîner une dégradation rapide des performances du système. Des chercheurs de l'Université de l'Utah ont récemment découvert un mécanisme d'auto-nettoyage entraîné par la vapeur, capable d'améliorer significativement la tolérance au soufre des anodes des piles à combustible à oxydes solides.
Cette recherche, dirigée par Chuancheng Duan, professeur agrégé au département de génie chimique de l'Université de l'Utah, a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society. L'équipe a ajouté du rhodium à l'anode en nickel d'une pile à combustible à oxydes solides, formant ainsi des nanoparticules bimétalliques. Les expériences montrent que l'ajout de rhodium modifie les propriétés chimiques de la surface de l'anode : d'une part, il affaiblit la liaison nickel-soufre responsable de l'empoisonnement, et d'autre part, il active les molécules d'eau pour générer des groupes hydroxyles réactifs, qui oxydent le soufre adsorbé en dioxyde de soufre volatil pouvant s'échapper naturellement. Chuancheng Duan déclare : « Ce travail établit une nouvelle stratégie de conception pour les matériaux électrochimiques tolérants au soufre. Nous démontrons que les catalyseurs peuvent non seulement être conçus pour résister au soufre, mais aussi pour s'auto-nettoyer activement pendant leur fonctionnement. »
Les tests menés par Yue Bao, auteur principal de l'étude et étudiant diplômé, ont révélé que les piles à combustible utilisant des nanoparticules de catalyseur nickel-rhodium, avec un carburant contenant moins de 100 parties par million de soufre, produisaient une puissance de sortie plus de trois fois supérieure à celle des anodes en nickel traditionnelles, avec une résistance de polarisation significativement réduite. Il est à noter que ce catalyseur a démontré une capacité d'auto-régénération dans des conditions de fonctionnement réelles, sans nécessiter de désulfuration externe ni de processus de régénération complexes. Yue Bao souligne : « Ces découvertes offrent des perspectives largement transférables pour la catalyse à haute température, les systèmes électrochimiques de production d'énergie et les technologies de production d'électricité à carburant flexible, en particulier dans les applications impliquant du gaz naturel, du biogaz, du gaz de synthèse ou d'autres carburants contenant du soufre. »
Détails de la publication : Auteurs : Yue Bao et al., Titre : « Revealing the Sulfur Tolerance Mechanism of Samarium-Doped Ceria–Nickel–Rhodium Catalysts in Solid Oxide Fuel Cells », Publié dans : Journal of the American Chemical Society (2026). Informations sur la revue : Journal of the American Chemical Society
