Les technologies de conversion et de stockage de l’énergie jouent un rôle important dans la transition vers une neutralité carbone. Les dispositifs énergétiques aqueux actuels rencontrent encore des limitations de performance en raison du compromis entre perméabilité et sélectivité dans les membranes perm-sélectives. Ce compromis freine l’efficacité des systèmes de conversion et de stockage d’énergie, rendant nécessaire le développement de membranes capables de mieux équilibrer ces propriétés.
Une étude publiée par une équipe de l’Université Tsinghua dans la revue Energy Materials and Devices présente une nouvelle membrane nanofluidique à structure «île-pont». Cette conception vise à résoudre le défi crucial de l’équilibre entre perméabilité et sélectivité dans les systèmes de conversion et de stockage d’énergie.
Cette membrane innovante pourrait améliorer considérablement l’efficacité des dispositifs énergétiques aqueux, ouvrant la voie à des solutions d’énergie renouvelable plus efficaces et fiables.
Le design « île-pont » : une avancée technique
Le design «île-pont» introduit par l’étude auto-assemble des nanorubans et des nanofeuilles bidimensionnels en membranes nanofluidiques. Les nanofeuilles, agissant comme des îles isolées avec une haute densité de charge de surface, offrent une sélectivité ionique supérieure. Parallèlement, les nanorubans en forme de pont améliorent la perméabilité et la stabilité de l’eau grâce à leur faible densité de charge de surface et leur haut rapport d’aspect.
Des simulations moléculaires et des expériences ont démontré que ces membranes augmentent significativement la performance des générateurs d’énergie osmotique et des batteries au zinc. Notamment, les membranes ont atteint une densité de puissance de 18,1 W/m² en génération d’énergie osmotique, dépassant le seuil commercial de 5 W/m².
Des résultats prometteurs pour les batteries au zinc
En outre, les membranes ont montré une haute efficacité coulombique et une durée de vie prolongée dans les batteries au zinc, démontrant leur potentiel pour améliorer les solutions de stockage d’énergie. Cette conception équilibre efficacement perméabilité et sélectivité, répondant à un obstacle majeur des technologies actuelles de conversion et de stockage d’énergie.
Dr. Yu Lei, chercheur principal de l’étude, a souligné l’importance de leurs découvertes : «Nos membranes nanofluidiques à structure île-pont marquent une avancée significative dans la technologie énergétique. En équilibrant efficacement perméabilité et sélectivité, ces membranes non seulement améliorent l’efficacité des dispositifs de conversion et de stockage d’énergie, mais offrent également une solution stable et évolutive. Cette percée ouvre de nouvelles possibilités pour intégrer les sources d’énergie renouvelable dans le réseau électrique, ce qui est crucial pour atteindre les objectifs mondiaux de neutralité carbone.»
Vers une intégration accrue des énergies renouvelables
La mise en œuvre réussie de ces membranes haute performance pourrait transformer le domaine de l’énergie renouvelable en fournissant des solutions de conversion et de stockage d’énergie plus efficaces et fiables.
Ces avancées permettent une intégration accrue des sources d’énergie renouvelable dans le réseau électrique, contribuant de manière significative aux objectifs mondiaux de neutralité carbone.
Article : « “Island-bridge”-structured nanofluidic membranes for high-performance aqueous energy conversion and storage » – DOI: 10.26599/EMD.2024.9370041
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