Depuis des décennies , l’énergie solaire connaît un succès important . Si nous pouvons l’exploiter, nous pouvons éliminer le besoin de combustibles fossiles polluants comme le pétrole et le gaz. Mais le principal défi du passage à l’énergie solaire réside dans la disponibilité variable de la lumière solaire au fur et à mesure que la journée avance et que les saisons changent.

Le réseau électrique ayant besoin d’une énergie 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 centre de production, un quartier ou une ville entière.

 

 

 

Cross sectional illustration of the energy band diagram of a lossy PV cell and its SCE profile.

Des scientifiques du Technion-Israel Institute of Technology ont réalisé une percée scientifique dans le stockage de l’énergie solaire , selon Energy & Environmental Science . Un projet mené par le professeur Avner Rothschild, de l’École des sciences des matériaux du Technion, et par le doctorant Yifat Piekner, du Technion Nancy et Stephen Grand Energy Program (GTEP), a montré que l’ hématite peut être un 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) qui y est générée. L’énergie utilise ensuite l’énergie de la lumière du soleil pour dissocier les molécules d’eau en hydrogène et oxygène.

Des scientifiques israéliens parviennent à stocker l’énergie solaire sans utiliser de batteries
(ID) Yifat Piekner, Dr Daniel Grave, Prof. Avner Rothschild, Dr David Ellis | Photo : avec l’aimable autorisation de l’Institut technologique Technion-Israël
L’hydrogène est facile à stocker et, lorsqu’il est utilisé comme carburant, 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 divisée en hydrogène et oxygène. C’est là qu’entrent en jeu les cellules photoélectrochimiques à base d’hématite. L’hématite est un oxyde de fer qui a une composition chimique similaire à celle de l’oxyde. L’hématite est bon marché, stable et non toxique, et possède de bonnes propriétés de division de l’eau.

Cependant, l’ hématite a aussi ses inconvénients . Pour des raisons qui ne sont pas encore claires, l’efficacité de conversion des photons en hydrogène dans les dispositifs à base d’hématite n’atteint même pas la moitié de la limite théorique de ce matériau. La nouvelle recherche du Technion s’appuie sur des découvertes récemment publiées 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, les rendant incapables de générer le courant électrique utilisé pour la division de l’eau.

Mais avec une nouvelle méthode d’analyse développée par Piekner et ses collègues de recherche, le Dr David Ellis du Technion et le Dr Daniel Grave de l’Université Ben Gourion du Néguev, les données suivantes ont été mesurées pour la première fois : Efficacité quantique dans la génération des transitions électroniques mobiles (productives) et localisées (non productives) dans un matériau résultant de l’absorption de photons à différentes longueurs d’onde, et de l’efficacité de la séparation électron-trou.

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

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