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Stocker l'énergie solaire avec de l'eau et de la rouille
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L'un des grands enjeux lié au développement des énergies renouvelables est leur stockage massif afin de pouvoir faire coïncider l'offre et la demande d'électricité. A cette fin, des chercheurs de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont mis au point une technologie très innovante qui est capable de transformer la lumière en hydrogène qui constitue le vecteur énergétique idéal en association avec les énergies propres.
Volontairement, l'équipe de Kevin Sivula a travaillé sur des matériaux et des techniques peu coûteuses en s'inspirant notamment des célèbres travaux d'un autre chercheur suisse, Michael Grätzel. A l’Université de Genève, celui-ci a en effet inventé un nouveau type de cellule solaire à colorant qui porte son nom (cellule de Graetzel) et repose sur l'effet photoélectrochimique» (PEC) qui peut produire directement de l’hydrogène à partir d’eau.
La cellule mise au point par l'EPFL reprend le principe de fonctionnement de la cellule solaire à colorant et le combine à un semi-conducteur à base d’oxydes. Concrètement, le procédé associe dans un bain unique deux couches distinctes qui ont pour fonction de produire des électrons sous l'effet de la stimulation lumineuse : la première est faite d'un semi-conducteur, qui produit de l’oxygène et la seconde est constituée d'une cellule à colorant, qui produit de l’hydrogène.
Actuellement, il existe bien des cellules à base de technologie PEC qui atteigne un excellent rendement de conversion d'hydrogène (autour de 12 %) mais leur coût est prohibitif : 10.000 dollars pour une cellule de 10 cm2 ! Au contraire, dans le système mis au point par l'EPFL, tous les matériaux utilisés sont bon marché. Pour l'instant, le rendement reste modeste - autour de 3 % mais la marge de progression de ce procédé est très importante et devrait pouvoir atteindre les 10 % d'ici 3 ans et les 16 % à terme. Enfin, avantage décisif, ce procédé à base d'oxyde de fer ne coûte que 80 dollars au mètre carré et est donc tout à fait complétif par rapport aux méthodes conventionnelles d’extraction de l’hydrogène.
L'oxyde de fer utilisé est dopé à l'aide d'un dépôt nanométrique d’oxyde d’aluminium et de cobalt, ce qui permet, pour un coût modeste, d'améliorer considérablement ses propriétés électrochimiques.
L'autre composante du dispositif utilise, comme dans les cellules de Graetzel, un colorant et du dioxyde de titane, ce qui permet aux électrons transportés par l’oxyde de fer d'atteindre l'intensité suffisante pour extraire l’hydrogène de l’eau.
Article rédigé par Mark FURNESS pour RTFlash
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