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Les fullerènes pourraient-ils être la solution pour le stockage de l'hydrogène ?
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L'hydrogène est un vecteur d'énergie prometteur qui pourrait apporter une solution à deux des principaux défis énergétiques du siècle : l'épuisement des sources d'énergies fossiles, et l'émission de gaz à effet de serre. Toutefois, la production, le transport et le stockage de l'hydrogène posent de nombreux problèmes technologiques. Aux USA, le Department of Energy investit beaucoup dans les recherches relatives à la filière hydrogène, et consacre notamment 1 milliard de dollars à un programme de R&D orienté sur les technologies qui permettront de développer les voitures à hydrogène. Un des objectifs fixés par l'agence fédérale est de développer un matériau capable de stocker au moins 6 % de son poids en hydrogène, afin de pouvoir concurrencer les voitures traditionnelles.
Dans ce contexte, une équipe de chercheurs de Rice University (Houston, Texas) dirigée par le Docteur Boris Yakobson vient de montrer que les assemblages moléculaires sphériques d'atomes de carbone que sont les fullerènes (les buckyballs) sont susceptibles de stocker des volumes d'hydrogène jusqu'à près de 8 % de leur poids, soit de manière presque aussi dense que dans le noyau de Jupiter. Selon les calculs menés par l'équipe de Yakobson, les "buckyballs" C60 sont capables de stocker jusqu'à 58 atomes d'hydrogène tout en conservant une structure métastable grâce à la nature particulièrement solide des liaisons Carbone-Carbone. Le modèle informatique développé permet de déterminer avec précision la résistance des liaisons C-C dans la molécule C60 en fonction du nombre d'atomes d'hydrogène introduits ainsi que la taille de ces sphères chargées d'hydrogène, et permet aussi de calculer comment les buckyballs surchargées d'hydrogène peuvent éclater et libérer leur charge. Les calculs montrent que la pression interne atteinte dans cette "cage" de carbone pourrait atteindre quasiment l'ordre de grandeur de la pression de métallisation de l'hydrogène à température ambiante, soit quelques centaines de Giga Pascal.
Le modèle développé est adaptable à de plus grosses molécules de fullerènes que le C60, et pourrait permettre de prévoir quelles tailles moléculaires seront optimales pour envisager des applications dans le domaine de l'automobile. L'idée serait de produire les fullerènes chargés en hydrogène sous forme de poudre constituée de tous petits cristaux qui pourrait ainsi être stockée dans le réservoir du véhicule.
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