L’Institut de recherche des normes et des sciences de Corée (KRISS) a récemment présenté une avancée importante dans le domaine de l’hydrogène vert – la clef pour une énergie plus propre et plus efficiente. Ils ont développé une méthode innovante pour augmenter la durabilité et l’efficacité de la photoanode, un élément clé dans la production d’hydrogène par le biais de la photosynthèse artificielle.
L’hydrogène, réputé pour être une source d’énergie propre et efficiente, est souvent sujet à controverse en raison de sa production actuellement principalement basée sur les combustibles fossiles, dite “grise“, qui génère des gaz à effet de serre. KRISS œuvre à la transition vers l’ère de l’hydrogène “vert“, sans émissions de carbone, grâce à une méthode de production renouvelable.
Ce processus repose sur le fractionnement photoélectrochimique de l’eau, un phénomène dans lequel une photoanode plongée dans un électrolyte absorbe la lumière du soleil et convertit l’eau en hydrogène et oxygène. Cependant, le contact direct de la photoanode avec l’électrolyte peut conduire à une corrosion de la surface.
Pour remédier à ce problème, une couche protectrice est déposée sur la photoanode.
Généralement, des matériaux oxydés comme le dioxyde de titane (TiO2) sont utilisés comme film protecteur, malgré leur faible conductivité électrique. Le KRISS a découvert que les défauts d’oxygène dans ces films pouvaient servir de canal pour le transport de la charge, et a développé une technologie pour moduler les niveaux de ces défauts dans le film protecteur, maximisant ainsi l’efficacité de la production d’hydrogène.
L’équipe de recherche a réussi à contrôler directement les niveaux de défauts d’oxygène, à l’encontre des méthodes précédentes qui se basaient sur la formation spontanée de ces défauts lors du processus de fabrication. Grâce à cette approche, la production en série est désormais possible.
Selon les résultats expérimentaux, une photoanode sans film protecteur a montré une diminution rapide de sa durée de vie, avec une efficacité de production d’hydrogène chutant à moins de 20 % en une heure. En revanche, la photoanode avec un film protecteur optimisé a maintenu une efficacité de plus de 85 % même après 100 heures.
Cette réalisation est un grand pas en avant dans la production d’hydrogène vert, avec des applications potentielles dans diverses technologies propres qui dépendent des photoanodes. Un exemple est la technologie de photosynthèse artificielle qui convertit le dioxyde de carbone en source d’énergie chimique à l’aide de l’énergie solaire.
Le Dr. Ansoon Kim, chercheur principal à l’Institut de mesure des matériaux interdisciplinaires du KRISS, a déclaré : « Cette approche peut améliorer la durée de vie de la photoanode d’environ 10 fois et contribuer de manière significative à la commercialisation de l’hydrogène vert. »
KRISS envisage de mener des recherches supplémentaires pour déterminer les niveaux optimaux de défauts d’oxygène et les principes sous-jacents qui maximisent la durée de vie des photoanodes.
Ainsi, l’ère de l’hydrogène vert semble enfin à portée de main, marquant un tournant majeur dans notre transition vers une énergie plus propre et plus durable.
Légende illustration : Mise en évidence d’une étude sur le mécanisme de la division photoélectrochimique de l’eau sur une photoanode en Si passivée par une couche de TiOx avec différentes densités de défauts dans les laboratoires du Dr. Ansoon Kim à l’Institut coréen de recherche sur les normes et les sciences (KRISS).
En tant qu’institut national de métrologie (INM) de Corée fondé en 1975, le KRISS (Korea Research Institute of Standards and Science) a développé la technologie des étalons de mesure et a joué un rôle essentiel dans la mise à niveau des principales industries coréennes au niveau mondial.
Soutenue principalement par le KRISS et en partie par le programme d’innovation technologique de la NRF (National Research Foundation of Korea), l’étude a été publiée en quatrième de couverture du Journal of Materials Chemistry A (IF=14.511), une revue internationale dans le domaine de la chimie des matériaux, le 28 février 2023.
[ Rédaction ]
Lien principal : dx.doi.org/10.1039/D2TA07082K
