Des chercheurs de l’EPFL et du CSEM ont mis au point un procédé de stockage de l'énergie solaire sous forme d'hydrogène aux performances inédites. Ils ont utilisé des cellules solaires disponibles dans le commerce et un système sans matériaux rares.
Parmi les options pour stocker l'énergie solaire figure sa conversion en hydrogène, par électrolyse de l'eau. Il s'agit de 'casser' des molécules d'eau en hydrogène et en oxygène, en utilisant le courant produit par un panneau photovoltaïque, a indiqué jeudi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPLF) dans un communiqué.
L'hydrogène propre peut ensuite être stocké, puis restituer de l'électricité à la demande, ou encore servir de carburant. Mais malgré des résultats prometteurs obtenus en laboratoire ces dernières années, les technologies de production d'hydrogène sont encore trop instables ou trop onéreuses pour être commercialisées à large échelle.
A l'EPFL et au Centre suisse d'électronique et de microtechnique (CSEM) à Neuchâtel, des chercheurs ont choisi de combiner des composants ayant fait leurs preuves, selon ces travaux publiés dans le Journal of The Electrochemical Society. Leur dispositif dépasse les efforts précédents en termes de stabilité, performances et limitation des coûts.
10'000 km par année
Le prototype se compose de trois cellules solaires en silicium cristallin de nouvelle génération, connectées entre elles et reliées à un système d'électrolyse sans matériaux rares. Il atteint un taux de conversion de l'énergie solaire en hydrogène de 14,2%, et a déjà pu fonctionner pendant plus de 100 heures dans sa version-test.
Ce résultat constitue un record mondial de rendement avec des cellules solaires en silicium, mais aussi un record de production d'hydrogène sans matériaux rares. Sans compter la grande stabilité inhérente au système.
'Si l'on installait 12 à 14 m2 de ces cellules photovoltaïques en Suisse, il serait possible de stocker assez d'hydrogène pour parcourir 10'000 km par année au volant d'une voiture à pile à hydrogène', illustre l'un des auteurs, Christophe Ballif, chercheur à l'EPFL et directeur du Centre de photovoltaïque du CSEM, cité dans le communiqué.
Cellules à haut voltage
La recette réside dans l'optimisation de tous les composants mais aussi dans l'utilisation d'un type de cellules photovoltaïques en silicium cristallin 'hybrides' dites à hétérojonction, dont la structure en sandwich avec du silicium cristallin et du silicium amorphe permet d'obtenir un très haut voltage.
Grâce à cette particularité, il est possible, en connectant seulement trois de ces cellules entre elles, de générer une tension optimale pour entraîner l'électrolyse. La partie électrochimique est quant à elle réalisée avec un catalyseur en nickel, un matériau abondant.
'Avec des cellules en silicium cristallin traditionnelles, nous aurions dû connecter quatre cellules pour obtenir le même voltage', indique Miguel Modestino, coauteur de la publication.
Méthode économiquement viable
'Les cellules à hétérojonction que nous utilisons font partie de la famille des cellules en silicium cristallin, qui à elles seules représentent déjà environ 90% du marché des panneaux photovoltaïques', explique Jan-Willem Schüttauf, chercheur au CSEM et coauteur de l'étude.
'C'est une technologie robuste dont la durée de vie est de plus de 25 ans. Elle recouvre d'ailleurs la façade sud du bâtiment du CSEM à Neuchâtel', ajoute M. Schüttauf.
Les scientifiques ont utilisé un type standard de cellules à hétérojonction, de façon à prouver leur concept. En utilisant les meilleures de ces cellules, il serait possible d'obtenir un rendement dépassant 16%.
/ATS
