Hydrogène : le nickel au service de la photolyse

Des chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes et du synchrotron Soleil ont mis au point une électrode efficace, résistante et peu chère pour produire de l’hydrogène directement à partir de l’énergie solaire.

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Comme mis en avant dans un récent rapport de l’Ademe, l’hydrogène est un excellent vecteur énergétique, notamment pour alimenter des véhicules électriques – qu’ils soient à batterie ou à pile à combustible. Il peut être produit par la décomposition d’hydrocarbures ou bien par électrolyse à partir d’eau et d’électricité, mais aussi directement à partir des rayons du soleil.

De l’hydrogène à partir d’eau et de lumière

En effet, comme les plantes qui convertissent l’énergie solaire en molécules riche en énergie par photosynthèse, il est possible de produire de l’hydrogène à partir de photons, à l’aide de cellules photoélectrochimiques (PEC) à photolyse. Ces dernières se composent de deux électrodes : une anode et une cathode qui, lorsqu’elles sont plongées dans une solution aqueuse et exposées à la lumière, décomposent l’eau (H2O) en oxygène (O) et en dihydrogène (H2).

Les électrodes photosensibles peuvent être fabriquées en silicium, un matériau semi-conducteur abondant et peu coûteux. Cependant, son utilisation est actuellement limitée : plongées dans une solution aqueuse, « les anodes en silicium se corrodent et se désactivent très rapidement, explique le CNRS. Le silicium réagit en effet dans les solutions aqueuses pour produire une couche de silice, un matériau isolant qui finit par empêcher l’électrolyse. »

Des particules de nickel pour lutter contre la corrosion

Les chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes et du synchrotron Soleil ont eu l’idée de déposer des nanoparticules de nickel sur les anodes en silicium. Pour y parvenir, ils ont recouru à une technique utilisée à l’origine en orfèvrerie, qui fait appel à un courant électrique pour déposer des particules chargées sur un matériau. Au final, ils ont obtenu une anode recouverte à 20 % par des particules de nickel dispersées à sa surface. Ce recouvrement partiel, en interagissant avec la molécule H2O, forme un bouclier. Il protège l’anode en fonctionnement comme au repos, y compris dans des liquides très corrosifs, tout en améliorant considérablement ses performances. Une technique qui pourrait rendre encore plus attractive la mobilité hydrogène en facilitant la production à moindre coût.

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