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Enquêteurs du groupe de dispositifs photovoltaïques et optoélectroniques de la Universitat Jaume I ont développé un dispositif organique qui permet de réduire l’eau à hydrogène à partir uniquement de lumière solaire. L’hydrogène présente un grand potentiel en tant que combustible, et les progrès dans sa production sont essentiels dans le domaine des énergies alternatives.

Les matériaux organiques offrent une plus grande efficacité et une plus grande polyvalence à un coût moindre que les matériaux inorganiques utilisés à ce jour dans ce type de dispositifs, mais présentent des problèmes de stabilité en contact avec un milieu aqueuse.

Le travail, publié en The Journal of Phisical Chemistry et dans le cadre du projet européen PHOCS, il atteint une stabilité exceptionnelle dans ce type de dispositifs et représente un progrès important dans l’obtention de combustibles solaires à partir de matériaux organiques. Sixto Giménez, coordinateur de la recherche, souligne qu’à travers le dispositif développé dans l’UJI " la production d’hydrogène a été réalisée pendant trois heures, ce qui démontre une stabilité des matériaux organiques qui n’avait pas été atteinte jusqu'ici."

Projet PHOCS

Les dispositifs photovoltaïques organiques sont corrompus dans l’eau et sont très facilement endommagés. "Notre stratégie a été de mettre une barrière physique entre la partie photovoltaïques et le catalyseur qui effectue la réaction de génération d’hydrogène. Pour cela, nous avons déposé des couches compactes avec du matériel de oxyde de titane nanométrique qui agit non seulement comme une barrière entre l’eau et la partie photovoltaïque, mais aussi communique électriquement la partie photovoltaïques et le catalyseur de platine. En utilisant cette stratégie, nous avons réussi à accroître considérablement la stabilité en maintenant les performances de ce type de dispositifs," explique le chercheur Antonio Guerrero.

La production de combustibles solaires tels que l’hydrogène à partir de l’eau et de la lumière du soleil est une stratégie visant à résoudre le problème énergétique au niveau mondial. " Nous pouvons disposer de ressources entièrement renouvelables, comme la lumière du soleil et l’eau, pour obtenir un véhicule énergétique comme l’hydrogène. En outre, l’hydrogène est un composé chimique avec une multitude d’applications dans le domaine industriel comme la production d’engrais, la synthèse de composés hydrogènes, etc.", souligne Giménez.

La recherche s’est développée dans le cadre du projet PHOCS (Photogenerated Hydrogen by Organic Catalytic Systems), financé par le septième programme-cadre de l’Union européenne, qui vise à développer de nouveaux dispositifs à base de matériaux organiques semi-conducteurs pour réaliser la photo-décomposition de l’eau en conduisant à la production d’hydrogène de manière efficace. On cherche ainsi à optimiser l’utilisation de matériaux moins chers et durables pour la production d’hydrogène.

Groupe de dispositifs photovoltaïques et optoélectroniques Jaume I

Projets prioritaires fondés sur l’économie de l’hydrogène

L’un des principaux défis du projet qui s’achèvera en novembre prochain, après trois années de travail, est de démontrer que les matériaux organiques (plastiques) peuvent être utilisés pour la génération photoélectrochimique d’hydrogène, objectif qui a déjà été atteint. Giménez explique que "l’hydrogène peut être utilisé comme l’essence en raison de son grand potentiel énergétique, énergie qui peut être transformée en électricité, en énergie mécanique, etc." L’utilisation de ces combustibles solaires "permettra que dans un proche avenir, vous alliez à une station-service et au lieu de vous servir d’essence, d’un dérivé du pétrole, vous puissiez refaire de l’hydrogène pour le transformer en électricité par une cellule de combustible et d’où l’énergie mécanique, l’eau étant le seul produit de déchets," explique le chercheur. Ainsi, la recherche à laquelle participe l’UJI contribue à la transition du modèle énergétique actuel, basé sur les combustibles fossiles, à un modèle durable et respectueux de l’environnement axé sur l’utilisation de l’énergie solaire. Cette transition sera possible grâce au développement de nouveaux matériaux semi-conducteurs.

Les modèles énergétiques basés sur l’hydrogène (économie de l’hydrogène) constituent une priorité dans les programmes de développement technologique des premières économies mondiales telles que les États-Unis, l’Union européenne et le Japon. Le projet PHOCS est coordonné par le docteur Maria Rosa Antognazza, chercheuse du Center for Nano Science and Technology Milano, et compte sept partenaires de cinq pays, dont des centres de recherche et des universités publiques comme la Jaume I, ainsi que la compagnie pétrolière italienne ENI.

La contribution au projet PHOCS de l’équipe de recherche dirigée par Sixto Giménez en UJI a été de tenter de comprendre quels sont les mécanismes physico-chimiques responsables du fonctionnement de ce type de dispositifs, pour laquelle différentes techniques développées dans les laboratoires du groupe de dispositifs photovoltaïques et opto-électroniques ont été utilisées. En outre, le groupe UJI a élaboré une proposition propre de dispositif organique qui se distingue par le niveau de stabilité atteint. " La prochaine étape consistera à continuer de travailler à améliorer l’efficacité de ce dispositif, notamment en ce qui concerne les rendements de conversion énergétique," explique Giménez.

Réf.

- M. Haro, C. Solis, G. Molina, L. Otero, J. Bisquert, S. Gimenez and A. Guerrero. “Toward Stable Solar Hydrogen Generation Using Organic Photoelectrochemical Cells”, The Journal of Phisical Chemestry, 2015, 119 (12), pp 6488–6494

- A. Guerrero, M. Haro, S. Bellani, M. Antognazza, L. Meda c, S. Gimenez and J. Bisquert. “Organic photoelectrochemical cells with quantitative photocarrier conversión”, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3666-3673

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Universitat Jaume I

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