L'augmentation de pression permet d'extraire plus d'hydrogène des feuilles artificielles

Les feuilles artificielles produisant de l'hydrogène pourraient bientôt être encore plus performantes grâce à une nouvelle étude qui a examiné les effets de la pression sur les processus chimiques qu'elles exécutent. Tout se résume à des bulles.

Pour certains processus, il est difficile de faire mieux que la nature. Prenons l'exemple de la photosynthèse. Grâce à leurs feuilles, les arbres sont capables d'absorber le dioxyde de carbone de l'air, de le combiner à l'eau et d'obtenir l'énergie dont ils ont besoin pour vivre, tout en restituant une bonne dose d'oxygène au reste de la planète.

Ainsi, au lieu d'essayer de faire mieux qu'une feuille, les scientifiques ont passé des années à essayer de l'imiter et d'appliquer ses principes de manière unique. Bien que nous ayons vu des feuilles artificielles capables de produire tout ce qu'il faut, du gaz synthétique aux médicaments pharmaceutiques , l'une des utilisations les plus prometteuses de ces petits morceaux de technologie est de libérer l'hydrogène de l'air et de l'eau . Cela se produit dans la photosynthèse naturelle lorsque les plantes séparent les atomes d'hydrogène et d'oxygène des molécules d'eau.

Les feuilles artificielles actuelles produisant de l’hydrogène, appelées cellules photoélectrochimiques (PEC), utilisent des électrodes alimentées par la lumière pour créer le courant qui sépare l’eau en hydrogène et en oxygène. Les meilleures d’entre elles ont un taux de conversion énergétique de 19 %, une mesure de la quantité d’énergie nette dérivée d’un système. À titre de comparaison, les meilleurs panneaux solaires actuellement en service ont un taux de conversion énergétique d’environ 24 %.

L'un des problèmes liés à la puissance des PEC au-delà de ce taux est que, pendant le processus, des bulles commencent à se former dans la solution électrolytique dans laquelle fonctionnent les électrodes. Ces bulles peuvent empêcher la solution de toucher les électrodes et peuvent également interférer avec la capacité du système à absorber la lumière.

Pensant pouvoir résoudre le problème des bulles, des chercheurs du Centre Helmholtz de Berlin pour les matériaux et l'énergie (HZB) ont testé l'idée d'appliquer plus de pression atmosphérique au fonctionnement interne des PEC. Ils ont découvert qu'en augmentant la pression de fonctionnement à 8 bars, ils parvenaient à contenir suffisamment les bulles pour réduire de moitié la perte totale d'énergie du système, ce qui pourrait conduire à un taux de conversion d'énergie de 5 à 10 % supérieur à celui des systèmes de référence actuels.

« À cette pression, les pertes par diffusion optique peuvent être presque totalement évitées », a déclaré Feng Liang, premier auteur de l'étude. « Nous avons également constaté une réduction significative du croisement des produits, en particulier du transfert d'oxygène vers la contre-électrode. »

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