Les batteries à flux à base de brome fonctionnent grâce à la réaction d’oxydoréduction entre les ions bromure et le brome élémentaire, offrant des avantages tels que des ressources abondantes, un potentiel redox élevé et une bonne solubilité. Cependant, le brome substantiel généré pendant le processus de charge peut corroder les composants de la batterie, raccourcir la durée de vie cyclique et augmenter les coûts du système. Bien que les agents complexants de brome traditionnels puissent atténuer la corrosion dans une certaine mesure, ils induisent souvent une séparation de phase, compromettant l’homogénéité de l’électrolyte et ajoutant de la complexité au système.
Dans une étude récente publiée dans Nature Energy, une équipe de recherche dirigée par le professeur LI Xianfeng de l’Institut de chimie physique de Dalian (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a développé un nouveau système de réaction à transfert de deux électrons à base de brome et l’a appliqué à une batterie à flux zinc-brome. Cette étude démontre à la fois la preuve de concept et le passage à l’échelle du système d’une batterie à flux zinc-brome de longue durée de vie.
Les chercheurs ont proposé une réaction innovante de transfert de deux électrons du brome en introduisant des composés aminés comme pièges à brome dans l’électrolyte. Ils ont découvert que le brome (Br2) généré pendant la réaction électrochimique pouvait être converti en composés aminés bromés, réduisant la concentration de Br2 dans la solution à un niveau ultra-faible d’environ 7 mM. Contrairement à la réaction traditionnelle de transfert d’un seul électron des ions bromure à Br2, cette nouvelle réaction permet un transfert de deux électrons des ions bromure aux composés aminés bromés, augmentant la densité énergétique de la batterie. Simultanément, la concentration ultra-faible en Br2 réduit considérablement la corrosivité de l’électrolyte, prolongeant la durée de vie de la batterie.
De plus, les chercheurs ont appliqué cette nouvelle réaction aux batteries à flux zinc-brome. En raison de la concentration extrêmement faible en Br2 dans l’électrolyte, une opération stable à long terme a été réalisée en assemblant une batterie unique à l’aide d’une membrane échangeuse d’ions non fluorée conventionnelle (SPEEK), réduisant ainsi les coûts de la batterie. Dans un test de mise à l’échelle du système de 5 kW, la batterie a fonctionné de manière stable pendant plus de 700 cycles sous une densité de courant de 40 mA cm⁻², atteignant une efficacité énergétique supérieure à 78 %. Avec la concentration en Br2 considérablement réduite, aucune corrosion n’a été observée dans les matériaux clés — y compris les collecteurs de courant, les électrodes et les membranes — avant ou après le cyclage.
« Notre étude fournit une nouvelle approche pour la conception de batteries à flux à base de brome de longue durée de vie et pose les bases pour l’application et la promotion ultérieures des batteries à flux zinc-brome », a déclaré le professeur LI.
Article : Grid-scale corrosion-free Zn/Br flow batteries enabled by a multi-electron transfer reaction – Journal : Nature Energy – Méthode : Commentary/editorial – DOI : Lien vers l’étude
Source : DICP
