C’est une première : des scientifiques élaborent une cellule solaire qui stocke sa propre énergie

C’est une nouvelle extraordinaire ! Pour la première fois au monde, des scientifiques ont réussi à combiner une cellule solaire et une batterie pour créer un appareil hybride : une batterie solaire. Une avancée technologique qui pourrait réduire énormément les coûts liés à l’utilisation de cette énergie renouvelable. DGS vous explique tout sur ce sujet.

Ce sont des chercheurs de l’université de l’Ohio qui ont mis au point cet appareil révolutionnaire. Pour réussir, ils ont développé un panneau solaire qui permet à l’air d’entrer dans une batterie et un processus de transfert d’électrons entre le panneau et l’électrode de la batterie. A l’intérieur de la structure, la lumière et l’oxygène permettent de charger cette batterie grâce à différentes réactions chimiques. L’université a d’ores et déjà licencié leur produit à l’industrie.

« Le principe est d’utiliser un capteur solaire pour récupérer la lumière et ensuite la stocker en énergie dans la batterie », explique Yiying Wu, professeur de biochimie. « Nous avons intégré les deux fonctions en un seul appareil. A chaque fois que vous pouvez faire ce genre de raccourci, cela réduit les coûts. » Plus concrètement, cela amène des économies d’environ 25 %. Cette innovation règle également un problème de longue date concernant l’efficacité de l’énergie solaire, en éliminant la perte d’électricité qui arrive fatalement lorsque les électrons voyagent entre une cellule solaire et une batterie externe. Seulement 80 % des électrons sont stockés avec la technologie traditionnelle. Grâce à ce nouveau procédé, on approche des 100 %.

Le projet s’inspire d’une batterie déjà développée par Yiying et son associé Xiaodi Ren. Ils ont inventé une sorte de pile à air très haute efficacité qui se décharge en faisant réagir du potassium avec de l’oxygène. Ces travaux ont remporté le prix décerné par le département américain de l’énergie en 2014, une bagatelle de 100 000 dollars (79 250 euros). « On peut appeler ça une batterie qui respire », explique Yiying. « Elle aspire de l’air quand elle se décharge, et en recrache quand elle se recharge. »

Pour cette nouvelle étude, les chercheurs voulaient combiner un capteur solaire à ce type de batterie. Le problème venait du fait qu’en temps normal, les cellules solaires sont faites de panneaux solides semi-conducteurs, ce qui bloque l’air nécessaire à son bon fonctionnement. Un doctorant nommé Mingzhe Yu a imaginé un panneau solaire perméable fait de titane, une sorte de tissu flexible sur lequel sont placées des tiges de dioxyde de titane. L’air passe tranquillement à travers les mailles du panneau tandis que les tiges absorbent la lumière. Voilà comment fonctionne cette batterie : pendant le chargement, la lumière touche le panneau et crée des électrons. A l’intérieur de la batterie, ces électrons servent à la décomposition du peroxyde de lithium en ions lithium et en oxygène. L’oxygène est relâché dans l’air tandis que les ions sont stockés dans la batterie. Lorsque la batterie se décharge, elle consume l’oxygène de l’air pour reformer le peroxyde de lithium.

Un additif présent dans l’électrolyte agit comme une navette transportant les électrons entre l’électrode et le panneau solaire. L’utilisation de ce produit représente une approche nouvelle dans l’amélioration de la performance de la batterie et de son efficacité. Les mailles du panneau appartiennent à une classe d’appareils appelée cellules solaires Grätzel, sensibles à la couleur. Les chercheurs ont utilisé une teinte rouge pour ajuster la longueur d’onde de lumière capturée. Lors des tests, ils ont chargé et déchargé la batterie de manière répétitive, pendant qu’un autre technicien utilisait la spectroscopie aux rayons X pour analyser à quel point l’électrode supportait le processus.

Dans un premier temps, ils ont utilisé un composé de ruthénium pour donner la couleur rouge, mais comme celle-ci était consumée lors de la capture de la lumière, la batterie se retrouvait à plat au bout de 8 heures, un temps bien trop court. L’équipe s’est donc tournée vers un semi-conducteur rouge foncé : l’hématite, un oxyde de fer, plus communément appelé rouille. Recouvrir le panneau solaire de rouille a permis à la batterie de se charger au soleil tout en gardant sa couleur rouge. D’après les chercheurs, la durée de vie de la batterie serait ainsi similaire à celles que l’on trouve déjà dans le marché.

Nous sommes ravis d’apprendre l’existence de cette batterie solaire ! Voilà qui pourra rendre plus intéressante l’utilisation de cette technologie, aujourd’hui encore très coûteuse. Une nouvelle fois, la science nous prouve qu’il existe de nombreuses alternatives énergétiques à celles qui existent déjà, moins chères et plus respectueuses de l’environnement. Espérons que cette innovation sera exploitée rapidement. Pensez-vous qu’à l’avenir, il sera possible de produire une énergie totalement renouvelable pour le monde entier ?