Une meilleure production solaire de dihydrogène grâce aux nanoparticules de nickel
Publié par Redbran le 15/08/2018 à 15:00
Source: CNRS-INC
Avec sa haute énergie par unité de masse, le dihydrogène est un vecteur idéal pour la production d'énergie. Il s'obtient par électrolyse de l'eau, une réaction qui réclame le passage d'un courant électrique entre deux électrodes: une anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de...) et une cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne...). Les anodes en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) présentent de nombreux avantages, mais ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) et s'usent particulièrement vite. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) des sciences chimiques de Rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1) et du synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...) ont développé une nouvelle technique pour les rendre plus efficaces, plus résistantes et moins chères. Ces travaux sont publiés dans la revue Energy & Environmental Science.



Grâce à sa forte densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et à son stockage facile, le dihydrogène est très prometteur pour transporter de l'énergie à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle...). Il peut s'obtenir lors de l'électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) par deux électrodes, avec un courant si possible issu d'énergies renouvelables telles que le solaire. 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants phoniques et les isolants mécaniques. Le...) qui finit par empêcher l'électrolyse. Alors que de nombreuses équipes tentent d'élaborer des couches fines de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) protecteurs laissant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) le courant, des chercheurs de l'Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1) et du synchrotron SOLEIL proposent une solution plus simple et moins coûteuse.

L'ajout de nanoparticules de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) du silicium protège en effet l'anode, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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: l'apport initial en énergie peut provenir des cellules photoélectrochimiques qui convertissent les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) en charges électriques.

Financement: Projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) ANR JCJC EASi-NANO, ANR-16-CE09-0001-01

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

Contact chercheurs:
- Gabriel Loget, ISCR UMR6226, INSA Rennes, ENSC Rennes, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Rennes 1
- Soraya Ababou-Girard, IPR UMR6251, Université Rennes 1
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