Une technologie innovante élaborée par les ingénieurs de la Rice University pourrait bouleverser le monde de l’énergie propre. Grâce à un appareil alliant des semi-conducteurs à base de pérovskites d’halogénure de nouvelle génération et des électro-catalyseurs dans un même dispositif, robuste, économique et adaptable, ces chercheurs sont en mesure de transformer la lumière solaire en hydrogène avec une efficacité sans précédent.
Cette nouvelle technologie représente un bond significatif pour l’énergie propre. Elle pourrait servir de plateforme pour une large gamme de réactions chimiques exploitant l’électricité collectée à partir du soleil pour convertir des matières premières en carburants.
Le laboratoire d’ingénierie chimique et biomoléculaire d’Aditya Mohite a élaboré le photo-réacteur intégré en utilisant une barrière anti-corrosion qui isole le semi-conducteur de l’eau sans entraver le transfert d’électrons. D’après une étude publiée dans Nature Communications, le dispositif a atteint une efficacité de conversion solaire vers l’hydrogène de 20,8%.
Un dispositif exceptionnel pour la production d’hydrogène vert
Le dispositif est connu sous le nom de cellule photo-électrochimique. En effet, l’absorption de la lumière, sa conversion en électricité et l’utilisation de cette dernière pour alimenter une réaction chimique se produisent toutes au sein du même dispositif. Jusqu’à présent, l’utilisation de la technologie photo-électrochimique pour produire de l’hydrogène vert était entravée par des rendements faibles et le coût élevé des semi-conducteurs.
Cependant, ce nouveau dispositif change la donne. Comme l’explique Austin Fehr, doctorant en génie chimique et biomoléculaire et l’un des principaux auteurs de l’étude : « Tous les dispositifs de ce type produisent de l’hydrogène vert en utilisant uniquement la lumière du soleil et l’eau, mais le nôtre est exceptionnel en raison de son rendement record et de l’utilisation d’un semi-conducteur très bon marché. »
La clé du succès : une barrière à deux couches
Après de longs essais infructueux, les chercheurs ont finalement découvert une solution gagnante. « Notre grande découverte a été de comprendre qu’il fallait deux couches à la barrière, une pour bloquer l’eau et une autre pour assurer un bon contact électrique entre les couches de pérovskite et la couche protectrice« , précise Austin Fehr.
« Nos résultats sont les plus performants pour les cellules photo-électrochimiques sans concentration solaire, et les meilleurs en général pour celles utilisant des semi-conducteurs à base de pérovskite d’halogénure. C’est une première dans un domaine qui a historiquement été dominé par des semi-conducteurs extrêmement chers, et cela pourrait représenter un chemin vers la faisabilité commerciale pour ce type de dispositif pour la première fois« , ajoute Austin Fehr.
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En synthèse
Cette nouvelle technologie pourrait ouvrir la voie à l’économie de l’hydrogène et changer notre manière de produire de l’énergie, en passant des combustibles fossiles à l’énergie solaire. En améliorant davantage sa stabilité et son échelle, cette technologie pourrait véritablement révolutionner le secteur de l’énergie.
Pour une meilleure compréhension
Les chercheurs ont prouvé que leur design de barrière fonctionnait pour différentes réactions et avec différents semi-conducteurs, ce qui le rend applicable à de nombreux systèmes.
« Nous espérons que de tels systèmes serviront de plateforme pour alimenter un large éventail de réactions de formation de carburant à l’aide d’électrons, en utilisant des matières premières abondantes avec seulement la lumière du soleil comme apport énergétique« , conclut Aditya Mohite.
Légende illustration principale : Un photoréacteur mis au point par le groupe de recherche Mohite de l’université de Rice et ses collaborateurs a atteint une efficacité de conversion de l’énergie solaire en hydrogène de 20,8 %. (Photo by Gustavo Raskoksy/Rice University)
« Cellules photoélectrochimiques intégrées à base de pérovskite d’halogénure avec un rendement de 20,8 % pour la séparation de l’eau sous l’action du soleil » | Nature Communications | DOI : 10.1038/s41467-023-39290-y
Auteurs : Austin Fehr, Ayush Agrawal, Faiz Mandani, Christian L. Conrad, Qi Jiang, So Yeon Park, Olivia Alley, Bor Li, Siraj Sidhik, Isaac Metcalf, Christopher Botello, James L. Young, Jacky Even, Jean Christophe Blancon, Todd G. Deutsch, Kai Zhu, Steve Albrecht, Francesca Toma, Michael Wong et Aditya Mohite
