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Des chercheurs suisses optimisent le stockage de l’énergie solaire sous forme d’hydrogène

stockage_énergie_solaire_hydrogène_photo_EPFLDes chercheurs de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et du Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) ont révélé, fin août, avoir mis au point un procédé de stockage de l’énergie solaire sous forme d’hydrogène, au moyen de cellules solaires disponibles dans le commerce et d’un système sans matériaux rares. Une performance inédite caractérisée par une stabilité de l’énergie stockée et une limitation des coûts encore jamais atteintes.

Des performances records à moindre coût

Parmi les options pour stocker l’énergie solaire, la conversion en hydrogène par électrolyse de l’eau consiste à « casser » des molécules d’eau en hydrogène et en oxygène, en utilisant le courant produit par un panneau photovoltaïque. L’hydrogène propre peut ensuite être stocké, puis restituer de l’électricité à la demande, ou encore servir de carburant. Malgré des résultats encourageants ces dernières années, les technologies de production d’hydrogène restaient encore beaucoup trop instables ou trop coûteuses pour constituer une véritable alternative techniquement et économiquement viable.

C’était sans compter sur les avancées réalisées par les scientifiques suisses de l’EPFL et du CSEM, qui ont choisi dans le cadre d’un projet d’étude commun de combiner des composants ayant fait leurs preuves lors de recherches précédentes. Leur prototype, qui 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, 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. Selon la revue scientifique Journal of The Electrochemical Society, dans laquelle ces travaux ont été publiés, « ce nouveau dispositif dépasse les efforts précédents en termes de stabilité, de performances et de limitation des coûts ».

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Ce résultat constitue surtout un record mondial de rendement avec des cellules solaires en silicium, mais aussi un record de production d’hydrogène sans matériaux rares. « 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 an au volant d’une voiture à pile à hydrogène », souligne Christophe Ballif, chercheur à l’EPFL et directeur du Centre de photovoltaïque du CSEM.

Des cellules photovoltaïques en silicium cristallin « hybrides »

La véritable innovation de ce nouveau procédé s’explique par l’optimisation de tous ces composants et l’utilisation d’un type de cellules photovoltaïques en silicium cristallin « hybrides » dites à hétérojonction, dont la structure, composée à la fois de silicium cristallin et de silicium amorphe, permet d’obtenir un très haut voltage.

Cela permet notamment de générer une tension optimale pour entraîner l’électrolyse en connectant seulement trois de ces cellules entre elles. « 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. Avec des cellules en silicium cristallin traditionnelles, nous aurions dû connecter quatre cellules pour obtenir le même voltage », explique Jan-Willem Schüttauf, chercheur au CSEM et coauteur de l’étude. De son côté, le catalyseur est composé de nickel, un matériau abondant et donc lui aussi peu onéreux.

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Mais au delà des économies de coûts qu’elle laisse entrevoir, cette technologie serait également très résistante et pourrait être envisagée sur de longues durées d’exploitation (25 ans selon les chercheurs). Concernant les rendements enfin, les scientifiques suisses n’ont utilisé pour l’instant qu’un type standard de cellules à hétérojonction, de façon à prouver leur concept. Mais en utilisant les meilleures de ces cellules, il leur serait tout à fait possible d’obtenir un rendement dépassant 16 %.

Crédits photo : EPFL

Rédigé par : lucas-goal

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COMMENTAIRES

  • Quel est le rendement comparé entre un véhicule électrique basé sur des batteries et un véhicule utilisant la filière hydrogène et pile dont il est question dans cet article ?
    N’y a t’il pas de matériaux rares dans une pile à hydrogène ?

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