L’énergie solaire peut être stockée en la convertissant en hydrogène grâce à l’hématite.

L’énergie solaire joue un rôle énorme dans nos vies. Si nous parvenons à l’exploiter, nous pourrons éliminer le besoin de combustibles fossiles polluants comme le pétrole et le gaz. Mais le principal défi pour passer à l’énergie solaire réside dans la disponibilité variable de la lumière du soleil au fil de la journée et des saisons.

Le réseau électrique ayant besoin d’une alimentation stable à toute heure du jour et de la nuit, l’utilisation de l’énergie solaire dépend de notre capacité à la stocker. Mais la technologie actuelle de stockage de l’énergie solaire, les batteries, est inapplicable au stockage de l’énergie solaire dans les quantités nécessaires pour alimenter un site de production, un quartier ou une ville entière.

Des chercheurs du Technion ont fait une percée scientifique sur le stockage de l’énergie solaire, comme le rapporte Energy & Environmental Science. Un projet dirigé par le professeur Avner Rothschild de la faculté des sciences des matériaux du Technion, Yifat Piekner, doctorante du Nancy and Stephen Grand Technion Energy Program (GTEP), a montré que l’hématite peut servir de matériau prometteur pour convertir l’énergie solaire en hydrogène.

Le processus implique l’utilisation de cellules solaires photoélectrochimiques, qui sont similaires aux cellules photovoltaïques, mais au lieu de produire de l’électricité, elles produisent de l’hydrogène en utilisant l’énergie électrique (courant × tension)qu’elles génèrent. L’électricité utilise alors l’énergie de la lumière solaire pour dissocier les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène.

L’hydrogène est facile à stocker et, lorsqu’il est utilisé comme carburant, il n’entraîne pas d’émissions de gaz à effet de serre ou de carbone.

L’un des principaux défis des cellules photoélectrochimiques est le développement de photoélectrodes efficaces et stables dans un électrolyte basique ou acide, qui est l’environnement chimique dans lequel l’eau peut être efficacement dissociée en hydrogène et en oxygène. C’est là que les cellules photoélectrochimiques à base d’hématite entrent en jeu. L’hématite est un oxyde de fer dont la composition chimique est similaire à celle de la rouille. Peu coûteuse, stable et non toxique, l’hématite possède des propriétés qui conviennent à la séparation de l’eau.

Cependant, l’hématite a aussi ses inconvénients. Pour des raisons encore obscures, le rendement de conversion des photons en hydrogène dans les dispositifs à base d’hématite n’atteint même pas la moitié de la limite théorique pour ce matériau. La nouvelle recherche du Technion s’appuie sur des résultats récemment publiés dans Nature Materials et propose une explication.

Il s’avère que les photons absorbés par l’hématite produisent des transitions électroniques localisées qui sont « enchaînées » à un emplacement atomique spécifique dans le cristal d’hématite, ce qui les rend incapables de générer le courant électrique utilisé pour la séparation de l’eau.

Mais une nouvelle méthode d’analyse mise au point par Mme Piekner et ses collègues de recherche, le Dr David Ellis du Technion et le Dr Daniel Grave de l’Université Ben-Gurion du Néguev, a permis de mesurer pour la première fois les données suivantes :L’efficacité quantique dans la génération de transitions électroniques mobiles(productives) et localisées (non productives) dans un matériau suite à l’absorption de photons à différentes longueurs d’onde, et l’efficacité de séparation électron-trou.

C’est la première fois que ces deux propriétés (la première, de nature optique, et la seconde, électrique) sont mesurées séparément, ce qui permet de mieux comprendre les facteurs qui influencent l’efficacité énergétique des matériaux destinés à convertir l’énergie solaire en hydrogène ou en électricité.

L’étude a été parrainée par le centre de recherche de la Fondation scientifique israélienne sur les photo catalyseurs et les photoélectrodes pour la production d’hydrogène dans le cadre du programme Petroleum Alternatives for Transportation, le Grand Technion Energy Program(GTEP) et le Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) du Technion.

https://www.technionfrance.org/news/un-nouveau-systeme-de-stockage-de-lenergie-solaire

https://www.israelhayom.com/2021/08/24/technion-researchers-crack-battery-free-solar-energy-storage/