Faciliter la production à bas coût d'hydrogène par énergie solaire

Véritables feuilles artificielles, capables de produire de l'hydrogène en électrolysant l'eau grâce à la lumière solaire, les cellules photoélectrochimiques sont un "graal" de la transition énergétique. Mais pour les produire à bas coût, il faut pouvoir utiliser des électrodes en silicium. Or celles-ci s'usent trop vite. Des chercheurs rennais ont montré qu'on pouvait les rendre plus résistantes, plus efficaces et moins chères à fabriquer en ajoutant des nanoparticules de nickel à leur surface.

Photo d'après Ashish Sonawane (Pexels)
  1. La production de dihydrogène
  2. Prolonger la durée de vie des anodes en silicium
  3. La solution : ajout de nanoparticules de nickel
  4. Référence

La production de dihydrogène

Grâce à sa forte densité d’énergie et à son stockage facile, l'hydrogène (ou plus exactement le dihydrogène, H2, forme moléculaire de l'élément hydrogène) est très prometteur pour transporter de l’énergie à grande échelle. Il peut s’obtenir lors de l’électrolyse de l’eau par deux électrodes, avec un courant électrique si possible issu d’énergies renouvelables telles que le solaire.

Prolonger la durée de vie des anodes en silicium

Si les électrodes en silicium sont très prometteuses grâce à leurs propriétés semi-conductrices, les anodes en silicium se corrodent et se désactivent très rapidement. Le silicium réagit en effet dans les solutions aqueuses pour produire une couche de silice, un matériau isolant qui finit par empêcher l’électrolyse.

Alors que de nombreuses équipes tentent d’élaborer des couches fines de matériaux protecteurs laissant passer le courant, des chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université de Rennes 1) et du synchrotron SOLEIL proposent une solution plus simple et moins coûteuse.

La solution : ajout de nanoparticules de nickel

L’ajout de nanoparticules de nickel à la surface du silicium protège en effet l’anode, tout en maintenant 80 % du semiconducteur en contact avec la solution aqueuse. Cette méthode ouvre une nouvelle voie pour démocratiser l’utilisation du silicium, abondant et peu coûteux, comme matériau de base des feuilles artificielles : celles-ci utilisent pour l'apport en énergie des cellules photoélectrochimiques qui convertissent les photons en charges électriques.

Illustration - © G. Loget et al.

Référence

Elucidating the Performance and Unexpected Stability of Partially Coated Water-Splitting Silicon Photoanodes
Kiseok Oh, Cristelle Mériadec, Benedikt Lassalle-Kaiser, Vincent Dorcet, Bruno Fabre, Soraya Ababou-Girard, Loïc Joanny, Francis Gouttefangeas et Gabriel Loget
Energy & Environmental Science (Juin 2018). DOI:10.1039/C8EE00980E

Financement : Projet ANR JCJC EASi-NANO, ANR-16-CE09-0001-01

[Article rédigé d'après une brève publiée par l'Institut national de chimie du CNRS dans la newsletter En direct des labos diffusée par cet organisme]