Les scientifiques sont très désireux de trouver des moyens efficaces d’obtenir de l’hydrogène à partir de l’eau, ce qui permettrait d’exploiter le potentiel de l’hydrogène en tant que carburant propre. Un dispositif récemment mis au point réussit cet exploit en utilisant uniquement la lumière du soleil comme source d’énergie.
Grâce à l’utilisation d’électrodes catalytiques et de cellules solaires en pérovskite fusionnées en une seule unité, cet engin ingénieux peut atteindre des taux d’efficacité de conversion de la lumière du soleil en hydrogène de 6,7 %. Il suffit de le laisser tomber dans l’eau, et c’est parti (quand le soleil est absent).
Il est peut-être un peu tôt pour commencer à convertir toutes nos voitures en piles à hydrogène à zéro émission, mais les chercheurs à l’origine de cette nouvelle invention affirment qu’il devrait être relativement facile d’étendre cette technologie à une utilisation plus large.
Une coupe transversale du catalyseur. (Jia Liang)
“Le concept est globalement similaire à celui d’une feuille artificielle”, explique le spécialiste des matériaux Jun Lou, de l’université Rice au Texas. “Ce que nous avons, c’est un module intégré qui transforme la lumière du soleil en électricité qui entraîne une réaction électrochimique. Il utilise l’eau et la lumière du soleil pour obtenir des carburants chimiques.”
La pérovskite est l’une des étoiles montantes de l’industrie de l’énergie solaire, promettant des résultats encore meilleurs que les panneaux solaires en silicium si elle est exploitée correctement, et ici, elle est utilisée pour alimenter un catalyseur permettant de séparer l’eau en oxygène et en hydrogène. De plus, le dispositif ne coûte pas cher à construire.
La clé du fonctionnement de l’appareil réside dans la méthode d’encapsulation utilisée : les scientifiques ont choisi d’ajouter un film polymère autour de la pérovskite, la protégeant ainsi des dommages en cas d’immersion dans l’eau.
Tout en protégeant la cellule solaire, le polymère laisse passer la lumière du soleil et sert d’isolant entre les cellules et les électrodes. Des améliorations de cette encapsulation et de l’efficacité de la cellule solaire devraient être possibles grâce à des recherches plus poussées, et plus tard, le dispositif pourrait même offrir une source d’énergie autonome.
“Avec une conception intelligente du système, vous pouvez potentiellement réaliser une boucle auto-entretenue”, explique Lou. “Même lorsqu’il n’y a pas de lumière solaire, vous pouvez utiliser l’énergie stockée sous forme de carburant chimique. Vous pouvez mettre les produits hydrogène et oxygène dans des réservoirs séparés et incorporer un autre module comme une pile à combustible pour transformer ces combustibles en électricité.”
Il reste encore beaucoup de travail à faire, mais le nouveau dispositif résout un certain nombre de problèmes rencontrés par les conceptions précédentes – imperméabiliser la pérovskite dans une certaine mesure signifie qu’elle peut être placée directement dans l’eau, par exemple, ce qui accélère le processus. L’équipe a également envisagé d’extraire à la fois l’oxygène et l’hydrogène, plutôt que l’un ou l’autre.
Les scientifiques sont occupés à expérimenter l’utilisation de la pérovskite et d’autres matériaux en tandem, afin d’essayer d’améliorer la quantité d’électricité que nous pouvons produire à partir du soleil.
L’un des inconvénients de l’utilisation de cellules solaires basées sur des cristaux de pérovskite est qu’elles peuvent être coûteuses à fabriquer, mais dans cette étude, des alternatives moins chères ont été remplacées – le carbone au lieu du platine, par exemple.
“Cela permet d’abaisser la barrière d’entrée pour l’adoption commerciale”, explique M. Lou. “Les dispositifs intégrés comme celui-ci sont prometteurs car ils créent un système durable”
Ces recherches ont été publiées dans ACS Nano.