Des chercheurs allemands ont développé avec succès un nouveau matériau capable de stocker l'énergie de la lumière solaire pendant plusieurs jours et de la libérer sous forme d'hydrogène lorsque nécessaire. Ce processus peut se dérouler même en l'absence de lumière. Les résultats associés ont été publiés dans la revue Nature Communications.
L'hydrogène vert est l'un des piliers importants de la transition énergétique, produit généralement par des procédés photocatalytiques utilisant l'énergie solaire. Il existe déjà diverses technologies pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique et la stocker, mais c'est la première fois qu'un matériau peut stocker l'énergie solaire pendant plusieurs jours et la libérer « à la demande » sous forme d'hydrogène.
« On peut le comprendre comme la combinaison d'une cellule solaire et d'une batterie au niveau moléculaire », explique le professeur Sven Rau, directeur de l'Institut de chimie inorganique de l'Université d'Ulm.
L'équipe de recherche a utilisé un copolymère hydrosoluble et redox-actif comme matériau de stockage temporaire d'énergie ou d'électrons. Le copolymère est composé de macromolécules formées de différentes unités structurelles organiques, qui constituent un cadre stable et sont équipées d'unités fonctionnelles aux propriétés chimico-physiques spécifiques. Le système présente une efficacité de charge supérieure à 80 % et peut conserver l'énergie pendant plusieurs jours.
« Lorsque c'est nécessaire, nous pouvons récupérer l'énergie chimique sous forme d'hydrogène. Les électrons stockés sont utilisés efficacement pour ce processus », déclare le professeur Ulrich S. Schubert, directeur de l'Institut de chimie organique et macromoléculaire de l'Université Friedrich Schiller d'Iéna. Il a coordonné cette recherche avec Rau.
En ajoutant un acide et un catalyseur de dégagement d'hydrogène, les électrons stockés dans le polymère se combinent avec des protons pour produire de l'hydrogène à la demande. L'efficacité de ce processus atteint 72 %. Un autre avantage important est que ce processus peut également se dérouler dans l'obscurité.
Redémarrer le système via un commutateur de pH
Ensuite, si la solution est neutralisée, le système peut être à nouveau exposé à la lumière et rechargé.
Marco Hartkorn de l'Université d'Ulm et le Dr Robin Kampes de l'Université d'Iéna, deux auteurs principaux de l'étude, expliquent : « C'est parce que la réaction redox basée sur le polymère est réversible, permettant de réaliser de multiples cycles de charge, stockage et catalyse. L'avantage de ce procédé est qu'il n'est pas nécessaire de séparer d'abord le polymère ; il suffit de changer le pH du système pour le réinitialiser. »
Le commutateur de pH est non seulement pratique, mais entraîne également un changement de couleur : lors de la décharge de la batterie en milieu acide, la couleur passe du violet au jaune ; lorsqu'elle est rechargée avec de la lumière, le jaune redevient violet et la batterie est à nouveau « en attente ».
Une nouvelle voie prometteuse pour les applications industrielles
Le professeur Rau déclare : « Ce projet a une signification scientifique car il combine deux concepts qui se croisent généralement peu dans le domaine de la chimie — la chimie des polymères et la photocatalyse. »
Les chercheurs estiment que cette méthode de production d'hydrogène à la demande pourrait être appliquée à des processus industriels à forte intensité énergétique. Par exemple, la production d'acier climatiquement neutre dépend d'un approvisionnement fiable en hydrogène vert.
Le professeur Schubert souligne : « Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour des technologies de stockage de l'énergie solaire économiques et évolutives, et fournissent une base importante pour progresser vers une économie énergétique durable basée sur la chimie. »
Détails de la publication : Auteurs : Marco Hartkorn et al., Titre : « Un copolymère hydrosoluble pour le dégagement d'hydrogène photocatalytique à la demande », Publié dans : Nature Communications (2026), Informations sur la revue : Nature Communications
