Prometteuses pour le stockage d’importantes quantités d’énergie, les batteries à flux – composées d’électrolytes liquides circulant à travers une membrane – buttent sur des problèmes de corrosion et de puissance. Une équipe de recherche de l’Université de l’Académie des sciences chinoise a mis au point une nouvelle membrane composite améliorant les propriétés d’une batterie à flux alcaline. À une densité de courant de 200 mA/cm2, celle-ci fournit une efficacité énergétique moyenne de 82 % pendant 400 cycles, grâce à un transport rapide et sélectif d’ions à travers la membrane. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications le 7 juin.
Les chercheurs ont façonné une membrane poreuse composée d’hydroxyde double lamellaire (LDH) – une classe d’argiles anioniques 2D. Un composé choisi pour sa grande stabilité chimique et physique et sa conductivité élevée. Les matériaux LDH sont composés de couches de cations et d’ions hydroxyde et d’intercouches d’anions. Les chercheurs ont fabriqué leur membrane en déposant sur un support - une membrane poreuse en poly(ether sulfone) - des nanoparticules d'un LDH à base de magnésium, aluminium et chlore.
Conductivité mesurée de 75 mS/cm
La membrane composite LDH ainsi formée présente une épaisseur de 15 microns, dans laquelle l’espacement entre les couches est contrôlé grâce aux anions. Cet atout, associé à un réseau de liaisons hydrogène fort le long des surfaces 2D, garantit un transport rapide des ions hydroxydes à travers la membrane : la conductivité mesurée est de 75 mS/cm.
L’équipe a enfin testé enfin la performance de la membrane au sein d’une batterie alcaline à flux zinc-fer. Celle-ci présente des caractéristiques compétitives par rapport aux autres batteries zinc existantes : même à une densité de courant importante de 200 mA/cm2, elle offre des performances stables jusqu’à 400 cycles avec une efficacité énergétique moyenne de 82 %. En comparaison, un autre modèle de batterie présente une stabilité similaire (500 cycles) à une densité de courant de 80 mA/cm2. Pour une densité de courant de 160 mA/cm2, le meilleur modèle de batterie conserve de bonnes performances jusqu’à 150 cycles.
Les chercheurs estiment que cette nouvelle membrane composite est un bon candidat pour des batteries à flux alcalines efficaces et stables.
