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juil.
4

Stockage de l’hydrogène par chimie nanoconfinée

Le principal obstacle à bâtir une économie basée sur l’hydrogène – cette vision d’une société tant vantée où le transporteur principal de l’énergie est l’hydrogène – est le manque de systèmes de stockage de l’hydrogène efficaces. Les recherches menées par la communauté scientifique dans le stockage de l’hydrogène sont orientées vers les applications mobiles. L’hydrogène, dans les conditions ambiantes, est un gaz et prend beaucoup d’espace. Pour les installations de stockage fixes, alors que l’espace disponible n’est pas un problème, le gaz d’hydrogène peut être conservé dans de grands réservoirs à des pressions modérées en utilisant les technologies déjà connues. Toutefois, afin d’utiliser l’hydrogène pour des applications mobiles (la production et la vente de voitures fonctionnant à l’hydrogène à grande échelle par exemple), ce gaz doit être entreposé dans un format compact, sûr, efficace et bon marché.

En 2009, le Département de l’Energie des États-Unis d’Amérique (DOE) a proposé des objectifs pour le stockage de l’hydrogène dans les systèmes mobiles qui sont largement reconnus. Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont pas été en mesure de démontrer avec succès un matériau capable de simultanément satisfaire à toutes les exigences et critères énoncés par le DOE.

Une équipe de chercheurs européens a mis au point un nouveau concept de stockage de l’hydrogène utilisant des réactions chimiques nanoconfinées et réversibles. Ils montrent que l’hydrure nanoconfiné a un potentiel important de stockage de l’hydrogène. Un groupe de recherche au Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO) à l’Université du Danemark, mené par Flemming Besenbacher et Torben R. Jensen, se concentre sur l’utilisation de matériaux nanoporeux comme des échafaudages pour la préparation et le confinement des hydrures métalliques de taille nanométrique. Cette approche « bottom-up » limite la taille des particules de l’hydrure à la taille moyenne des pores du matériau d’échafaudage, ce qui permet la production directe de particules plus petites que celles obtenues mécaniquement. En outre, la croissance des particules et leur agglomération peuvent être entravées par le cloisonnement des nanoparticules dans le matériel d’échafaudage. Le nanoconfinement peut également servir de médiateur des propriétés améliorées de re-hydrogénation des hydrures métalliques complexes.

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avril
26

Nouvelles perspectives pour les piles solaires

new solar cellsLes piles solaires les plus performantes, composées d’un matériau semi-conducteur tel que le silicium, ont été élaborées en Suisse au début des années 90. Comme dans le cas des piles électrochimiques conventionnelles, les piles solaires sont constituées d’une cathode, un catalyseur à base de platine, et d’une anode, une couche poreuse formée à partir de nanoparticules de dioxyde de titane et recouverte d’un colorant qui absorbe la lumière du soleil. Un liquide conducteur, l’électrolyte, est placé entre les deux électrodes.

Malgré l’utilisation de matériaux pour la plupart peu coûteux, facile à fabriquer et flexible, la commercialisation à grande échelle de ces piles se confronte à deux obstacles majeurs. L’électrolyte est très corrosif, ce qui entraîne une carence en durabilité. Il est aussi très coloré, empêchant ainsi la lumière de pénétrer efficacement et limitant le photo-voltage à 0,7 volts. De plus, le platine est un matériau cher, non-transparent et rare.

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avril
14

Transport et dissipation de l’énergie dans les dispositifs nanométriques

microelectronicsComprendre le transport et la dissipation de l’énergie dans les structures nanométriques est d’une grande importance pour la conception des circuits à haut rendement énergétique et des systèmes de conversion d’énergie. C’est aussi un domaine riche en découvertes fondamentales à l’intersection des interactions entre électrons, réseau (phonons) et optique (photons). Un article de synthèse publié dans NanoResearch présente les progrès récents dans la compréhension et la manipulation du transport et de la dissipation d’énergie à l’échelle nanométrique pour les structures à l’état solide.

Certains des plus grands défis de la société moderne sont liés à la consommation d’énergie, sa dissipation ainsi que son gaspillage. Parmi ces défis, les technologies actuelles et futures basées sur les nanomatériaux et les dispositifs à l’échelle nanométriques ont un grand potentiel pour améliorer la conservation de l’énergie, sa conversion ou sa récolte. Un exemple bien connu est celui de l’électronique intégrée, où les questions de dissipation de puissance posent depuis tout récemment un défi de taille. La dissipation de puissance limite les performances de l’électronique, du dispositif de poche (~ 10-3 W) jusqu’aux centres de données massifs (~ 109 W).

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mars
9

Ondes thermoélectriques propulsées par réaction chimique

nanotube conducting heatUne équipe de scientifiques du MIT a découvert un phénomène précédemment inconnu qui permet de transporter de puissantes vagues d’énergie le long des nanotubes de carbone. Cette découverte pourrait conduire à une nouvelle façon de produire de l’électricité, disent les chercheurs.

Le phénomène, décrit comme une onde thermoélectrique, « ouvre un nouveau domaine de recherche sur l’énergie, ce qui est rare », dit Michael Strano, auteur principal d’un article décrivant cette nouvelle découverte dans la revue Nature Materials. L’auteur principal est Wonjoon Choi, étudiant au doctorat en génie mécanique.

Un nanotube de carbone (voir illustration réalisée par Christine Daniloff) peut produire très rapidement une vague de puissance quand il est recouvert par une couche de carburant et allumé, de sorte que la chaleur se déplace le long du tube. Comme une collection d’épaves propulsé sur la surface de l’océan par des ondes progressives, il s’avère qu’une onde thermique voyageant le long d’un fil microscopique peut transporter les électrons, créant ainsi un courant électrique.

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juil.
16

Stockage de l’hydrogène

Introduction

Le parc automobile contribue fortement à la détérioration de la qualité de l’air dans les grandes villes. L’utilisation de l’hydrogène comme carburant est intéressante car sa combustion ne libère, en principe, aucun polluant. De plus, le contenu énergétique de l’hydrogène est élevé. Toutefois, quelques obstacles demeurent, dont le stockage de ce gaz faiblement compressible.

Figure 1 : Voiture fonctionnant à l'hydrogène développée par BMW

Figure 1 : Voiture fonctionnant à l'hydrogène

Solutions de stockage pour l’hydrogène

Le Département de l’énergie des États-Unis (DOE) a fixé deux critères d’évaluation pour les technologies de stockage de l’hydrogène appliquées au domaine du transport automobile. Le premier critère limite la masse du réservoir en exigeant que le rapport entre la masse d’hydrogène stocké et la masse totale du réservoir soit supérieur à 0,065 (6,5% massique). Le second critère impose une taille maximale pour le réservoir : la densité volumétrique du système doit être supérieure à 62 kg/m.

Les principales voies explorées pour résoudre le problème du stockage sont au nombre de quatre :

  • Compression ou liquéfaction de l’hydrogène
  • Hydrures métalliques
  • Réservoirs chimiques
  • Matériaux adsorbants

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févr.
15

Stockage de l’hydrogène – littérature

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Ouvrages de référence

R. Saito, G. Dresselhaus and M. S. Dresselhaus, Physical Properties of carbon nanotubes, Imperial College Press, Londres, 1998

G. Gao, T. Cagin and W. A. Goddard III, Energetics, Structure, Mechanical and Vibrational Properties of Single Walled Carbon Nanotubes (SWNT), Foresight Institute, 1997 (pdf©)

D. Frenkel and B. Smit, Understanding molecular simulation: from algorithms to applications, Academic Press, San Diego, 1996

C. Ngô and H. Ngô, Physique statistique, Masson, Paris, 1995

R. A. Oriani, The physical and metallurgical aspects of hydrogen in metals, Fourth International Conference on Cold Fusion, 1993 (pdf)

Procédés de fabrication des nanotubes

S. Iijima, Helical microtubules of graphitic carbon, Nature 354 (1991), 56-58 (pdf©)

S. Iijima and T. Ichihashi, Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter, Nature 363 (1993), 603-605 (pdf©)

A. Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, G. E. Scuseria, D. Tománek, J. E. Fischer and R. E. Smalley, Crystalline Ropes of Metallic Carbon Nanotubes, Science 273 (1996), 483-487 (pdf©)
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