Les piles à flux redox sont très prometteuses en tant que solutions de stockage de l’énergie renouvelable, et une nouvelle avancée les rapproche de la réalisation de leur potentiel.
Les piles à flux redox sont très prometteuses pour le stockage de l’énergie renouvelable à l’échelle du réseau, car elles peuvent contenir de grandes quantités d’énergie dans d’énormes réservoirs à un coût relativement faible. La régulation du flux d’énergie entre ces réservoirs repose sur une membrane. Des scientifiques chinois ont mis au point une nouvelle conception de ce composant clé qui résout certains problèmes et rapproche la technologie de la réalisation de son potentiel.
Les batteries lithium-ion massives, comme celle construite par Tesla en Australie-Méridionale (Sud), sont un moyen de stocker l’énergie renouvelable, mais leur assemblage coûte des dizaines de millions de dollars. Les batteries à flux redox, dans lesquelles l’énergie est stockée dans des électrolytes liquides à l’intérieur d’énormes réservoirs, offrent une alternative moins coûteuse, et peuvent également conserver l’énergie pendant des mois, comme le prévoit la plus grande batterie à flux redox du monde, actuellement en cours de développement en Allemagne.
Une chimie populaire pour ces types de batteries repose sur le vanadium métallique comme électrolyte, et le matériau de membrane le plus courant pour ces batteries à flux redox au vanadium est l’acide sulfonique perfluoré (PFSA en anglais). Le problème est que les ions vanadium ont tendance à traverser la membrane et à rendre la batterie instable, ce qui compromet ses performances et réduit sa durée de vie.
Des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences se sont attaqués à ce problème grâce à un matériau hybride qui règle avec précision la fonction de la membrane. Des nanoparticules de trioxyde de tungstène ont été cultivées in situ à la surface de feuilles très fines d’oxyde de graphène, une feuille monocouche d’oxyde de graphite obtenue par oxydation du graphite.
Ces feuilles ont été intégrées dans une nouvelle membrane PFSA avec une structure en sandwich qui a également été renforcée par une fine couche de polytétrafluoroéthylène, la base du Téflon. Les feuilles d’oxyde de graphène ont ainsi fait office de barrière pour réduire sélectivement la perméation des ions vanadium, tandis que les nanoparticules ont également servi de sites actifs pour favoriser le transport des protons, ce qui a permis d’obtenir une efficacité coulombienne et une efficacité énergétique élevées, respectivement de plus de 98,1 % et 88,9 %.
Selon les auteurs, ces résultats dépassent les rendements des membranes disponibles dans le commerce, tout en résolvant le problème de la stabilité. Dans l’ensemble, l’équipe affirme que les expériences indiquent que la membrane hybride est parfaitement adaptée aux batteries à flux de vanadium redox, mais son potentiel ne s’arrête pas là. Elle note que des domaines tels que la technologie des piles à combustible et la filtration de l’eau, qui reposent également sur des membranes finement ajustées pour permettre le passage sélectif des ions, pourraient également bénéficier de cette conception.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202109427
https://english.cas.cn/newsroom/research_news/chem/202111/t20211111_292181.shtml
