une "batterie solaire" fournit de l'hydrogène à partir de l'énergie solaire sur simple pression d'un bouton
Le copolymère permet une utilisation flexible de l'énergie dans le temps
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Stocker l'énergie de la lumière solaire et la convertir en hydrogène quelques jours plus tard, c'est ce que peut faire un nouveau matériau mis au point conjointement par des chercheurs d'Ulm et d'Iéna, même dans l'obscurité. Le processus est réversible et peut être réactivé plusieurs fois à l'aide d'un commutateur de pH. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
Solutions catalytiques avec colorant ruthénium luminescent, qui sont irradiées avec de la lumière visible dans le réacteur
Elvira Eberhardt / Ulm University)
L'hydrogène vert est l'un des principaux piliers de la transition énergétique. Il est produit à partir de la lumière du soleil grâce à des processus photocatalytiques. Il existe aujourd'hui toute une série de technologies permettant de convertir et de stocker l'énergie solaire en énergie chimique. Mais pour la première fois, un matériau capable de stocker l'énergie solaire pendant plusieurs jours et de la libérer sous forme d'hydrogène "en appuyant sur un bouton" a été mis au point avec succès. "On peut considérer qu'il s'agit d'une combinaison de cellule solaire et de batterie au niveau moléculaire", explique le professeur Sven Rau, qui dirige l'Institut de chimie inorganique I de l'université d'Ulm.
Un copolymère soluble dans l'eau et actif sur le plan de l'oxydoréduction est utilisé comme matériau pour le stockage temporaire d'énergie ou d'électrons. Les copolymères sont des macromolécules composées de différents éléments organiques. Ils forment un cadre stable et ont été dotés d'unités fonctionnelles qui possèdent certaines propriétés physico-chimiques - dans le cas présent, une activité redox renforcée. Le système mis au point par les chercheurs d'Ulm et d'Iéna atteint une efficacité de chargement de plus de 80 % et conserve cet état pendant plusieurs jours. "Au besoin, nous pouvons récupérer l'énergie chimique sous forme d'hydrogène. Les électrons stockés sont utilisés efficacement à cette fin", explique le professeur Ulrich S. Schubert, directeur de l'Institut de chimie organique et de chimie macromoléculaire de l'université Friedrich Schiller d'Iéna, qui a coordonné l'étude avec M. Rau. En ajoutant un acide et un catalyseur d'évolution de l'hydrogène, les électrons stockés dans le polymère sont combinés avec des protons - ce processus produit de l'hydrogène "à la demande". Ce processus produit de l'hydrogène "à la demande". L'efficacité est étonnamment élevée, puisqu'elle atteint 72 %. Un autre grand avantage est que ce processus se déroule également dans l'obscurité, c'est-à-dire indépendamment de l'ensoleillement.
Redémarrage du système à l'aide d'un commutateur de pH
Si la solution est ensuite neutralisée, le système peut être à nouveau exposé à la lumière et rechargé. "En effet, les réactions d'oxydoréduction basées sur les polymères sont réversibles et permettent de multiples cycles de charge, de stockage et de catalyse. L'avantage de ce processus est qu'il n'est pas nécessaire d'isoler le polymère au préalable. Pour réinitialiser le système, il suffit de modifier la valeur du pH", expliquent les deux principaux auteurs de l'étude, Marco Hartkorn (Université d'Ulm) et le Dr Robin Kampes (FSU Jena). Le commutateur de pH n'a pas seulement un aspect pratique, mais aussi un aspect esthétique : lorsque la batterie est déchargée en présence d'acide, sa couleur passe du violet au jaune ; si elle est ensuite rechargée avec de la lumière, le jaune se transforme en violet et la batterie est à nouveau "armée".
De nouvelles voies dans une perspective industrielle
"Le projet est également important sur le plan scientifique parce qu'il combine des concepts très différents du domaine de la chimie qui n'ont que peu de points de contact : la chimie des polymères macromoléculaires et la photocatalyse", explique le professeur Sven Rau. Les chercheurs sont fermement convaincus que ces méthodes de production d'hydrogène "à la demande" pourraient également être utilisées dans des processus industriels à forte intensité énergétique, par exemple pour la production d'acier sans impact sur le climat, qui dépend d'un approvisionnement fiable en hydrogène vert. "Les résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour des technologies de stockage solaire rentables et évolutives, et constituent un élément important sur la voie d'une économie énergétique durable basée sur la chimie", souligne le professeur Ulrich Schubert. Le projet, auquel ont également participé des chercheurs de l'Institut Leibniz de technologie photonique d'Iéna, a été réalisé dans le cadre du centre de recherche collaborative TRR/SFB 234 "CataLight" de l'université d'Ulm et de l'université d'Iéna.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Marco Hartkorn, Robin Kampes, Felix Müller, Linda Zedler, Akuila Edwards, Philip Rohland, Alexander K. Mengele, Stefan Zechel, Martin D. Hager, Benjamin Dietzek-Ivanšić, Michael Schmitt, Jürgen Popp, Ulrich S. Schubert, Sven Rau; "A water-soluble copolymer for storage and electron conversion in photocatalytic on-demand hydrogen evolution"; Nature Communications, Volume 17, 2026-1-28
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