Une étape prometteuse vers l'énergie solaire 24 heures sur 24

Si l'énergie solaire doit devenir la principale source d'électricité dans le monde, nous aurons besoin de moyens peu coûteux pour stocker l'énergie du soleil lorsqu'il ne brille pas. Un article publié dans la revue La science cette semaine rapporte une étape majeure vers un tel système. Des chercheurs ont mis au point un appareil qui convertit efficacement et à moindre coût l'énergie solaire en hydrogène, qui peut être utilisé comme carburant et se stocke facilement.

L'énergie solaire délivrée à ces électrodes leur permet de produire de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau.

Michel Graetzel , qui dirige le Laboratoire de photonique et d'interfaces de l'Ecole polytechnique de Lausanne, en Suisse, avec des collègues de Corée et de Singapour, a construit un appareil qui utilise de l'électricité et des matériaux catalyseurs pour fabriquer de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau. Ce nouveau séparateur d'eau, comme on appelle de tels dispositifs, est très efficace, utilise des matériaux bon marché et abondants, et est facile à fabriquer.

Les chercheurs poursuivent la séparation de l'eau à l'énergie solaire depuis des décennies, et bien qu'ils aient montré d'excellentes performances dans une ou deux parties d'un tel appareil, personne n'a construit un système complet qui soit pratique.

Le nouvel appareil est remarquable car il répond à trois des quatre critères nécessaires à un appareil pratique : rendement élevé, faible coût et utilisation de matériaux abondants (il peut donc être utilisé à grande échelle). L'étape suivante consiste à satisfaire au quatrième critère, la fiabilité. L'appareil utilise de nouvelles cellules solaires à relativement haute tension pour générer l'électricité nécessaire, ainsi que de nouveaux matériaux catalyseurs peu coûteux à base de nickel et de fer pour deux électrodes, l'une produisant de l'hydrogène et l'autre de l'oxygène.

Les catalyseurs s'appuient sur des travaux antérieurs montrant que l'hydroxyde de nickel est un catalyseur prometteur, et que l'ajout de fer pourrait l'améliorer. Les chercheurs ont ajouté du fer à l'hydroxyde de nickel pour former une structure en couches et ont placé le catalyseur sur une mousse de nickel poreuse pour augmenter la surface sur laquelle les réactions peuvent avoir lieu, les accélérant.

Les cellules solaires utilisent un matériau peu coûteux et facile à fabriquer connu sous le nom de pérovskite, qui a suscité l'enthousiasme de la communauté de la recherche, car l'efficacité s'est améliorée à un rythme effréné au cours des dernières années (voir Un matériau qui pourrait rendre l'énergie solaire « sale » et les cristaux contrôlés rendent pratique un nouveau matériau solaire).

Le séparateur d'eau solaire stocke 12,3 % de l'énergie solaire sous forme d'hydrogène. Cela peut sembler une petite quantité, mais considérez que la plupart des cellules solaires ne convertissent que 16 % de l'énergie du soleil en électricité, sans l'étape supplémentaire de transformer cette énergie en hydrogène facile à stocker.

Plus de travail est nécessaire avant que l'appareil puisse être pratique. D'une part, cela ne dure que quelques heures avant que les performances des cellules solaires ne chutent rapidement. Les chercheurs ne savent pas pourquoi les matériaux pérovskites se dégradent rapidement, mais ils ont fait des progrès, par exemple en ajoutant une couche de carbone ou en améliorant la façon dont les cellules solaires sont scellées contre les éléments. Des chercheurs ont récemment fait la démonstration d'une cellule solaire en pérovskite qui a duré plus d'un mois.

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