La voie d'auto-assemblage utilisée pour les catalyseurs d'auto-guérison. Crédit :Costentin et al. ©2017 PNAS
(Phys.org)—Actuellement, l'un des moyens les plus efficaces de stocker l'énergie solaire est de transférer l'énergie à des catalyseurs qui divisent l'eau en hydrogène et oxygène. Ensuite, l'hydrogène peut être utilisé comme carburant ou plus tard recombiné avec de l'oxygène pour produire de l'eau et libérer de l'électricité en cas de besoin.
Cependant, l'un des problèmes liés à l'utilisation de l'eau pour stocker l'énergie solaire est que les catalyseurs sont constitués d'éléments riches en terre (comme le manganèse, cobalt, et nickel) qui se corrodent dans l'eau à pH neutre. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont conçu des catalyseurs auto-cicatrisants capables de se régénérer en présence d'autres éléments, tels que les ions phosphate ou borate chargés négativement.
L'une des caractéristiques remarquables des catalyseurs d'auto-guérison est que, tant qu'ils fonctionnent, il n'y a pas de limite au nombre de fois qu'ils peuvent se guérir.
Maintenant dans un nouvel article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , deux des chercheurs qui ont développé le catalyseur d'auto-guérison, Cyrille Costentin à l'université Paris Diderot et Daniel G. Nocera à l'université Harvard, ont étudié le fonctionnement de ce processus à un niveau plus détaillé.
"Cet article fournit un modèle quantitatif pour l'auto-guérison, " Nocera a dit Phys.org . "Cela va en fait au-delà de l'énergie et fournit une feuille de route pour la conception de tout catalyseur auto-cicatrisant. L'ensemble de règles est l'auto-assemblage et la catalyse. Si l'apport d'énergie pour le fonctionnement du catalyseur est supérieur à celui de l'auto-assemblage, alors le catalyseur devrait être auto-cicatrisant. Les principes développés dans cet article sont donc généraux."
Comme le montrent les chercheurs dans leurs travaux, un catalyseur peut s'auto-cicatriser si le processus d'auto-cicatrisation nécessite moins d'énergie que celle nécessaire au fonctionnement normal du catalyseur. Un moyen simple de contrôler le processus d'auto-guérison est d'ajuster le pH de la solution, puisque la quantité d'énergie requise pour ces deux processus dépend du pH.
Les chercheurs montrent qu'il existe une "zone d'auto-guérison" de pH critique qui dépend de divers facteurs, en particulier la géométrie de la cellule de fractionnement de l'eau et la concentration du tampon phosphate ou borate. Heureusement pour les applications pratiques, les chercheurs montrent que l'auto-guérison peut se produire sur une large gamme de valeurs de pH, y compris à un pH neutre pour des géométries cellulaires et des concentrations de tampon typiques, qui permet à la plupart des sources d'eau naturelles d'être utilisées pour stocker l'énergie solaire.
Étant donné qu'une grande partie de la demande future d'énergies renouvelables devrait provenir des personnes à faible revenu, Pays en voie de développement, la possibilité d'utiliser des sources d'eau naturelles locales au lieu d'eau pure pour stocker l'énergie solaire offrira un grand avantage pour la mise en œuvre de la technologie de manière rentable et à grande échelle. Les chercheurs prévoient de travailler vers cet objectif à l'avenir.
"La prochaine étape est le prototypage, " Nocera a déclaré. "Nous utilisons ce catalyseur en conjonction avec le CO
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