Stockage de l'énergie dans les molécules
Optimisation des photoswitches moléculaires pour la collecte de l'énergie solaire
Les photoswitches moléculaires qui peuvent à la fois convertir et stocker l'énergie pourraient être utilisés pour améliorer l'efficacité de la collecte de l'énergie solaire. Une équipe de chercheurs a utilisé une méthode d'informatique quantique pour trouver une structure moléculaire particulièrement efficace à cette fin. Comme le décrit l'équipe dans la revue Angewandte Chemie, leur procédure est basée sur un ensemble de données de plus de 400 000 molécules, qu'ils ont passées au crible afin de trouver la structure moléculaire optimale pour les matériaux de stockage de l'énergie solaire.
© Wiley-VCH
Actuellement, l'énergie solaire est soit utilisée directement pour produire de l'électricité, soit indirectement par le biais de l'énergie stockée dans des réservoirs de chaleur. Une troisième voie pourrait consister à stocker d'abord l'énergie solaire dans des matériaux sensibles à la lumière, puis à la libérer en fonction des besoins. Le projet MOST ("Molecular Solar Thermal Energy Storage"), soutenu par l'Union européenne, étudie des molécules telles que des photocommutateurs capables d'absorber et de stocker l'énergie solaire à température ambiante, afin de faire de l'utilisation de l'énergie solaire sans aucune émission une réalité.
Les équipes de recherche de Kurt V. Mikkelsen, de l'université de Copenhague (Danemark), et de Kasper Moth-Poulsen, de l'université technique de Catalogne, à Barcelone (Espagne), ont examiné de plus près les photocommutateurs les mieux adaptés à cette tâche. Ils ont étudié des molécules connues sous le nom de diènes bicycliques, qui passent à un état de haute énergie lorsqu'elles sont éclairées. L'exemple le plus connu de ce système de diène bicyclique est le norbornadiène quadricyclane, mais il existe un grand nombre de candidats similaires. Les chercheurs expliquent : "L'espace chimique qui en résulte comprend environ 466 000 diènes bicycliques que nous avons passés au crible pour déterminer leur applicabilité potentielle dans la technologie MOST".
Le criblage d'une base de données de cette taille se fait généralement par apprentissage automatique, mais cela nécessite de grandes quantités de données d'entraînement basées sur des expériences réelles, ce dont l'équipe ne disposait pas. À l'aide d'un algorithme développé précédemment et d'un nouveau score d'évaluation, "eta", le criblage et l'évaluation des molécules de la base de données ont abouti à un résultat clair : les six molécules les mieux notées différaient du système quadricyclane norbornadiène d'origine à un point crucial de la structure. Les chercheurs ont conclu que ce changement structurel, une expansion du pont moléculaire entre les deux anneaux de carbone dans la partie bicyclique, permettait aux nouvelles molécules d'emmagasiner plus d'énergie que le norbornadiène original.
Les travaux des chercheurs démontrent qu'il est possible d'optimiser les molécules de stockage de l'énergie solaire. Toutefois, les nouvelles molécules doivent d'abord être synthétisées et testées dans des conditions réelles. "Même si les systèmes peuvent être préparés synthétiquement, il n'y a aucune garantie qu'ils soient solubles dans les solvants appropriés et qu'ils se photoswitchent effectivement avec un rendement élevé ou qu'ils se photoswitchent du tout, comme nous l'avons supposé dans l'étude eta", avertissent les auteurs.
Malgré cela, l'équipe a mis au point un nouvel ensemble important de données d'entraînement pour les algorithmes d'apprentissage automatique et a ainsi raccourci l'étape de recherche ardue précédant la synthèse pour les chimistes qui s'attaqueront à ces systèmes à l'avenir. Les auteurs envisagent que cette réserve beaucoup plus importante de diènes bicycliques puisse être utilisée pour la recherche de photocommutateurs destinés à diverses applications, ce qui pourrait faciliter l'adaptation des molécules à des besoins spécifiques.
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.
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