Des réservoirs à hydrogène à base de nanotubes enrichis au titane

Publié le par fritih

De nouveaux modèles informatiques montrent comment des nanotubes de carbone associés à du titane ou à d'autres métaux de transition peuvent verrouiller des molécules d'hydrogène en nombre plus que suffisant pour les stocker efficacement. Une aptitude particulièrement intéressante pour développer à long terme des réservoirs de ce carburant, alternative non polluante à l'essence.

Le théoricien Taner Yildirim du NIST (National Institute of Standards and Technology) et le physicien Salim Ciraci de l'université de Bilkent en Turquie ont présenté leurs résultats "inattendus" dans l’édition en ligne des "Physical Review Letters".


Selon le modèle informatique et les calculs quantiques,
chaque atome de titane (en bleu foncé) centré sur la structure
des nanotubes de carbone (en bleu ciel),
peut se lier avec quatre molécules d'hydrogène (en rouge)


Se basant sur la physique quantique, ils prévoient que l'hydrogène peut s’accumuler dans une proportion de 8 % dans des nanotubes de carbone enrichis au titane. C'est un tiers mieux que la capacité de stockage minimum de 6 % exigée par l'association FreedomCar, le ministère de l'énergie des Etats-Unis et les trois plus grands constructeurs automobiles américains.

Les quatre molécules d'hydrogène (de deux atomes chacun) qui se lient avec un atome de titane se dissocient facilement par chauffage. Une telle désorption réversible est un autre critère essentiel pour un stockage utile de l’hydrogène.

Les nanotubes de carbone à paroi unique, qui ressemblent à des cylindres de grillage, font partie dune liste de plusieurs matériaux candidats pour le stockage de l'hydrogène. Atteindre l’objectif des 6 %, cependant, est excessivement complexe selon les spécialistes travaillant dans ce domaine. Le positionnement d'un atome de titane au-dessus du centre de l’arrangement hexagonal des atomes de carbone (la configuration géométrique répétitive caractéristique des nanotubes de carbone) semble, selon l’étude des scientifiques, résoudre cette difficulté.

Ces nouveaux résultats, obtenus avec une méthode de calcul de la structure électronique des matériaux, ont étonné les chercheurs. Les interactions entre le carbone, le titane et l'hydrogène semblent donner naissance à des forces attractives peu communes. Le résultat est que quatre molécules d'hydrogène peuvent s'accoupler avec un atome de titane, apparemment au moyen d'une seule liaison chimique de force modeste. Plusieurs forces en action dans l'agencement géométrique semblent jouer un rôle dans l'attachement réversible de l'hydrogène.

Yildirim et Ciraci indiquent que leurs résultats "suggèrent une méthode envisageable dans la conception de nouvelles nanostructures pour des matériaux à grande capacité de stockage et d’éléments catalyseurs".

Source: NIST
Illustration: T. Yildirim

Publié dans Energie

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