Les semi-conducteurs absorbant la lumière servent de photoélectrodes. Ils sont immergés dans une answer électrolytique d’eau mélangée à des acides ou des bases forts, qui contient une focus élevée de protons ou d’ions hydroxyde nécessaires à une électrolyse efficace.




Cependant, dans une usine à grande échelle, il serait logique pour des raisons de sécurité d’utiliser une solution d’électrolyte avec un pH presque neutre. Une telle alternative a une faible focus de protons et d’ions hydroxyde, ce qui entraîne des restrictions de transport de masse et de mauvaises performances. Il est essentiel de comprendre ces limites pour concevoir un dispositif de division de l’eau PEC sûr et évolutif.

Convection pilotée par la flottabilité dans l'électrolyte

Une équipe dirigée par le Dr Fatwa Abdi de l’Institut HZB pour les carburants solaires a maintenant pour la première fois étudié comment l’électrolyte liquide dans toute la cellule se comporte pendant l’électrolyse: avec l’aide de feuilles fluorescentes de capteur de pH, le Dr Keisuke Obata, un postdoc dans l’équipe d’Abdi, a déterminé la valeur du pH nearby dans les cellules PEC entre l’anode et la cathode au cours de l’électrolyse. Les cellules PEC étaient remplies d’électrolytes à pH presque neutre. Les scientifiques ont visualisé expérimentalement la diminution du pH dans les régions proches de l’anode et l’augmentation du pH dans les régions proches de la cathode. Fait intéressant, ils ont observé un mouvement dans le sens des aiguilles d’une montre de l’électrolyte au fur et à mesure de l’électrolyse. L’observation peut s’expliquer par la flottabilité owing aux changements de densité d’électrolyte au cours de la réaction électrochimique qui conduit à la convection. « Il était surprenant de voir que de minuscules changements dans la densité d’électrolyte (~, 1%) provoquent cet effet de flottabilité », dit Abdi.


En parallèle, Abdi et son équipe ont développé un modèle multiphysique pour calculer la convection induite par les réactions électrochimiques. « Nous avons minutieusement testé ce modèle et pouvons maintenant fournir un outil puissant pour simuler la convection naturelle dans une cellule électrochimique avec divers électrolytes à l’avance », déclare Abdi.

Pour le projet, Abdi a construit une « installation de dispositifs à combustible solaire » à HZB, qui fait partie de la fonderie de matériaux énergétiques Helmholtz (HEMF), une grande infrastructure ouverte également à d’autres scientifiques. Cette étude a également été réalisée en collaboration avec TU Berlin, dans le cadre du pôle d’excellence UniSysCat.

« Grâce à ce travail qui est une prochaine étape essentielle pour la mise à l’échelle des dispositifs à combustible solaire », déclare le professeur Roel van de Krol, qui dirige l’Institut HZB pour Carburants solaires.