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Jul 06, 2023

Tendances technologiques Solaire photovoltaïque, chimie des piles à combustible et énergie sur la Lune.

L'effritement acoustique, une clé possible pour un système photovoltaïque solaire moins cher, l'informatique quantique pour faire progresser les piles à combustible pour la mobilité électrique et la technologie de pile à combustible régénérative de Toyota pour l'exploration sur la Lune sont à l'ordre du jour.

L'effritement acoustique, une clé possible pour un solaire photovoltaïque moins cher, l'informatique quantique pour faire progresser les piles à combustible pour la mobilité électrique et la technologie des piles à combustible régénératrices de Toyota pour l'exploration sur la Lune sont sur le radar technologique de la semaine.

Les cellules solaires III-V issues d'alliages des groupes III et V du tableau périodique, tels que l'arséniure de gallium (GaAs), sont les plus efficaces mais aussi les plus coûteuses, ce qui a limité leur utilisation à des applications telles que l'alimentation des satellites dans l'espace.

Mais cela pourrait être sur le point de changer, selon les chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du DOE des États-Unis, qui affirment que l'application d'ondes sonores dans un nouveau processus appelé « écaillage acoustique » pourrait potentiellement réduire considérablement leurs coûts de fabrication.

La clé réside dans la capacité de réutiliser de manière répétée le substrat sur lequel les cellules sont cultivées. Alors que la technologie existante utilise une couche de gravure sacrificielle, qui permet de décoller une cellule d'un substrat GaAs afin que le substrat puisse être réutilisé, le processus prend du temps et laisse un résidu qui nécessite une étape de polissage coûteuse.

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En revanche, l'écaillage, qui utilise des ondes sonores pour contrôler la fracture, prend quelques secondes, la fracture à l'intérieur du substrat étant presque parallèle à sa surface et permettant à la cellule d'être facilement retirée, révélant une nouvelle surface sans contaminant à l'intérieur du substrat qui ne nécessite pas de polissage.

"C'est très prometteur pour la réutilisation des substrats", a déclaré Kevin Schulte, scientifique du groupe PV cristallin à haute efficacité du NREL et auteur principal de l'étude.

"Cela ne suffira pas à rendre les cellules solaires III-V rentables, mais dans le cadre de ce portefeuille de recherche, nous essayons d'aborder les coûts sous plusieurs angles différents."

Les chercheurs ont pu fabriquer une cellule sur un substrat préalablement écaillé avec une efficacité certifiée NREL de 26,9 %, similaire à celle d’un nouveau substrat.

Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer combien de fois le substrat peut être réutilisé après avoir été soumis à un effritement acoustique.

Les piles à combustible constituent une option émergente pour la mobilité future, dont la compétitivité dépend de l’amélioration des performances et de la réduction des coûts.

Cela dépend à son tour d’une compréhension plus approfondie des processus chimiques impliqués, mais la modélisation est complexe et difficile. De plus, grâce aux propriétés quantiques des mécanismes chimiques impliqués, ils constituent de bons candidats pour les ordinateurs quantiques. C'est pourquoi le groupe BMW et Airbus se sont associés à la société de technologie quantique Quantinuum.

Les trois sociétés ont désormais développé un flux de travail hybride quantique-classique pour accélérer ces recherches à l’aide d’ordinateurs quantiques et ont annoncé avoir modélisé avec succès la réaction de réduction de l’oxygène, qui convertit l’hydrogène et l’oxygène en eau et en électricité dans une pile à combustible. Elle est relativement lente et nécessite une grande quantité de catalyseur au platine. Il est donc très intéressant et utile de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents impliqués dans la réaction.

Le Dr Peter Lehnert, vice-président des technologies de recherche chez BMW Group, affirme que la circularité et la mobilité durable nous poussent à la recherche de nouveaux matériaux pour créer des produits plus efficaces et façonner l'expérience utilisateur future.

« Être capable de simuler les propriétés des matériaux avec une précision chimique pertinente, avec les avantages du matériel informatique quantique accéléré, nous donne les outils adéquats pour accélérer l'innovation dans ce domaine décisif. »

Les entreprises ont l'intention d'étudier divers défis industriels et estiment que cette approche pourrait avoir de nombreux avantages, notamment pour les batteries métal-air.

Toyota travaille sur un projet visant à fournir sa technologie de pile à combustible régénérative, issue de celle développée pour ses véhicules routiers, pour propulser un rover lunaire pressurisé, surnommé le « croiseur lunaire ».