Un schéma et une coupe au microscope électronique montrent la structure d'un système intégré, catalyseur à énergie solaire pour diviser l'eau en carburant hydrogène et oxygène. Le module développé à l'Université Rice peut être immergé directement dans l'eau pour produire du carburant lorsqu'il est exposé au soleil. Crédit :Jia Liang/Université du riz
Les chercheurs de l'Université Rice ont créé un système efficace, dispositif peu coûteux qui sépare l'eau pour produire de l'hydrogène.
La plate-forme développée par le laboratoire de la Brown School of Engineering du scientifique des matériaux de riz Jun Lou intègre des électrodes catalytiques et des cellules solaires à pérovskite qui, lorsqu'il est déclenché par la lumière du soleil, produire de l'électricité. Le courant circule vers les catalyseurs qui transforment l'eau en hydrogène et en oxygène, avec une efficacité lumière-soleil-hydrogène aussi élevée que 6,7%.
Ce genre de catalyse n'est pas nouveau, mais le laboratoire a emballé une couche de pérovskite et les électrodes dans un seul module qui, lorsqu'il est tombé dans l'eau et placé au soleil, produit de l'hydrogène sans autre apport.
La plateforme introduite par Lou, auteur principal et boursier postdoctoral Rice Jia Liang et leurs collègues de la revue American Chemical Society ACS Nano est un producteur autonome de carburant qui, ils disent, devrait être simple à produire en vrac.
"Le concept est globalement similaire à une feuille artificielle, " dit Lou. " Ce que nous avons, c'est un module intégré qui transforme la lumière du soleil en électricité qui entraîne une réaction électrochimique. Il utilise de l'eau et de la lumière du soleil pour obtenir des combustibles chimiques."
Les pérovskites sont des cristaux avec des réseaux cubiques connus pour capter la lumière. Les cellules solaires à pérovskite les plus efficaces produites à ce jour atteignent un rendement supérieur à 25%, mais les matériaux sont chers et ont tendance à être stressés par la lumière, humidité et chaleur.
"Jia a remplacé les composants les plus chers, comme le platine, dans des cellules solaires à pérovskite avec des alternatives comme le carbone, " dit Lou. " Cela abaisse la barrière d'entrée pour l'adoption commerciale. Les dispositifs intégrés comme celui-ci sont prometteurs car ils créent un système durable. Cela ne nécessite aucune alimentation externe pour que le module continue de fonctionner."
Liang a déclaré que le composant clé n'était peut-être pas la pérovskite mais le polymère qui l'encapsule, protégeant le module et permettant d'être immergé pendant de longues périodes. "D'autres ont développé des systèmes catalytiques qui relient la cellule solaire hors de l'eau à des électrodes immergées avec un fil, ", a-t-il déclaré. "Nous simplifions le système en encapsulant la couche de pérovskite avec un film de Surlyn (polymère)."
Le film à motifs permet à la lumière du soleil d'atteindre la cellule solaire tout en la protégeant et sert d'isolant entre les cellules et les électrodes, dit Liang.
"Avec une conception de système intelligente, vous pouvez potentiellement créer une boucle auto-entretenue, " dit Lou. " Même quand il n'y a pas de soleil, vous pouvez utiliser l'énergie stockée sous forme de combustible chimique. Vous pouvez mettre les produits d'hydrogène et d'oxygène dans des réservoirs séparés et incorporer un autre module comme une pile à combustible pour transformer ces carburants en électricité. »
Les chercheurs ont déclaré qu'ils continueraient à améliorer la technique d'encapsulation ainsi que les cellules solaires elles-mêmes pour augmenter l'efficacité des modules.
