Faire baisser le coût des cellules photoélectrochimiques par un système solaire d’électrolyse aqueuse
Des scientifiques de deux laboratoires de l'EPFL ont développé une technologie bon marché et évolutive qui permet d'améliorer la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau. En remplaçant le catalyseur en platine par du molybdène, ils parviennent à faire baisser le coût des cellules photoélectrochimiques.
L’énergie solaire semble être la seule forme d’énergie renouvelable susceptible d’être exploitée à hauteur des besoins croissants du monde. Il est cependant tout aussi essentiel de la stocker avec efficacité pour garantir un apport énergétique suffisant lorsque la lumière du soleil se fait rare. Pour cela, il est possible d’utiliser l’énergie solaire afin de dissocier l’eau en hydrogène et oxygène, puis de récupérer cette énergie en brûlant l’hydrogène dans une pile à combustible. Un article de Nature Communications explique comment des chercheurs de l’EPFL ont réussi à créer un système solaire d’électrolyse aqueuse à la fois évolutif et efficace en utilisant du matériel peu onéreux.
Si les cellules photovoltaïques restent l’une des meilleures techniques pour s’approvisionner en énergie renouvelable, les appareils utilisés aujourd’hui ne permettent pas d’en produire régulièrement car la lumière du jour varie d’un lieu et d’une heure à l’autre. Une solution susceptible de présenter un rendement régulier tout en générant une pollution minime consisterait en un système qui stocke l’énergie sous la forme d’hydrogène pour pouvoir l’utiliser dans un second temps.
L’électrolyse aqueuse photoélectrochimique est la méthode la plus durable de production d’hydrogène. L’énergie solaire sert alors à décomposer les molécules d’eau en atomes d’hydrogène et oxygène grâce à un procédé appelé hydrogen evolution reaction (HER), qui requiert un catalyseur, donc un agent chimique augmentant la vitesse de réaction. Dans les systèmes photoélectrochimique d’électrolyse de l’eau, c’est le platine, un matériau coûteux, qui joue habituellement ce rôle après avoir été déposé à la surface de la photocathode du panneau solaire – son électrode convertit la lumière en courant électrique.
Des chercheurs de l’EPFL ont trouvé comment créer des systèmes solaires d’électrolyse de l’eau en utilisant des matériaux répandus et économiques. L’équipe de Xile Hu a développé un catalyseur en disulfure de molybdène pour la réaction HER et le groupe mené par Michael Grätzel un oxyde de cuivre(I) comme photocathode. Les scientifiques ont en effet observé que le disulfure de molybdène pouvait être déposé sur la photocathode d’oxyde de cuivre(I) destinée à l’électrolyse aqueuse PEC au moyen d’un procédé à la fois simple et facilement reproductible à très large échelle.
Si cette technique a montré une efficacité comparable à d’autres catalyseurs HER comme le platine, elle préserve la transparence optique des surfaces qui captent la lumière et présente une stabilité accrue en conditions acides, ce qui implique un entretien réduit. Plus important encore, le catalyseur et la photocathode sont faits dans des matériaux bon marché et abondants qui pourraient à l’avenir réduire drastiquement le coût des systèmes d’électrolyse photoélectrochimique. Selon l’auteur principal de cette étude Xile Hu, il s’agit ici d’un exemple novateur de système de production solaire d’hydrogène.