Un composé permettrait un stockage d’énergie durable, rentable et à grande échelle

Pour produire une batterie d’oxydoréduction à flux rentable, des chercheurs basés à l’Université technologique de Chine du Sud ont synthétisé un composé moléculaire qui sert d’électrolyte à faible coût, permettant ainsi d’obtenir une batterie à flux stable qui conserve une capacité de 99,98 % par cycle. Ils ont publié leur approche le 14 août dans la revue Energy Material Advances.

Composée de deux réservoirs d’électrolytes liquides opposés, la batterie pompe les liquides positif et négatif le long d’une membrane séparatrice prise en sandwich entre des électrodes, facilitant les échanges d’ions pour produire de l’énergie. Des travaux importants ont été consacrés au développement du liquide de l’électrolyte négatif, tandis que le liquide de l’électrolyte positif a reçu moins d’attention, selon l’auteur correspondant, Zhenxing Liang, professeur au Key Laboratory of Fuel Cell Technology of Guangdong Province, School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology.

« Les batteries d’oxydoréduction aqueuses peuvent fournir une production électrique stable en utilisant l’énergie solaire et éolienne instable, et elles ont été reconnues comme une technologie prometteuse de stockage d’énergie à grande échelle« , a déclaré Liang. « Le mérite organique électroactif de l’abondance des éléments, le faible coût et le contrôle moléculaire flexible sur les caractéristiques électrochimiques pour les électrolytes positifs et négatifs sont considérés comme la clé du développement de la prochaine génération de batteries à flux redox.« 

Liang et son équipe se sont concentrés sur le TEMPO, un composé chimique aux états d’oxydation facilement inversés et au potentiel énergétique élevé, une qualité souhaitée dans les électrolytes positifs.

« Cependant, le TEMPO ne peut pas être directement appliqué aux batteries à flux redox aqueuses en raison de la forte hydrophobie du squelette moléculaire« , a déclaré Liang, expliquant que le TEMPO, laissé non modifié, ne se dissoudra pas dans le liquide nécessaire pour faciliter l’échange d’énergie dans les batteries à flux. « Nous avons développé une stratégie pour fonctionnaliser le TEMPO avec du viologène, un composé organique qui a des réactions d’oxydoréduction hautement réversibles, afin d’améliorer l’hydrophilie du TEMPO. »

Selon Liang, le viologène est très soluble dans l’eau, ce qui augmente la capacité du TEMPO à se dissoudre dans l’eau. Le viologène retire aussi chimiquement des électrons de ses partenaires atomiques, ce qui augmente son potentiel de changement d’état oxydatif. Le viologène est également un sel, ce qui confère à TEMPO ce que Liang appelle « une conductivité décente » dans une solution aqueuse.

Lorsque le TEMPO synthétisé et modifié par le viologène a été testé dans une batterie à écoulement, les chercheurs ont constaté que la batterie conservait une capacité de 99,98 % par cycle, ce qui signifie que la batterie pouvait conserver presque toute l’énergie stockée lorsqu’elle n’était pas utilisée.

« Ce travail permet de surmonter les inconvénients du TEMPO par la fonctionnalisation du viologène et de réaliser son application dans une batterie à flux redox aqueuse« , a déclaré Liang. « Le concept de conception moléculaire fournit une stratégie pour de nouveaux matériaux électroactifs organiques et jette les bases de l’application de la batterie à flux organique aqueux.« 

Les autres contributeurs sont Shuzhi Hu, Liwen Wang, Xianzhi Yuan, Zhipeng Xiang, Mingbao Huange, Peng Luo, Yufeng Liu et Zhiyong Fu, tous du laboratoire clé de la technologie des piles à combustible de la province de Guangdong, de l’école de chimie et de génie chimique de l’université technologique de Chine du Sud. Hu est également affilié à l’école de science et d’ingénierie des matériaux de l’université Sun Yat-sen.

La Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (21975081 et 21905114) a soutenu cette recherche.

Credit : Liwen Wang, South China University of Technology

Reference

Authors: Shuzhi Hu,1,2 Liwen Wang,1 Xianzhi Yuan,1 Zhipeng Xiang,1 Mingbao Huang,1 Peng Luo,1 Yufeng Liu,1 Zhiyong Fu,1 and Zhenxing Liang1

Title of original paper : Viologen-Decorated TEMPO for Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries

Journal : Energy Material Advances

DOI : 10.34133/2021/9795237

Affiliations:

1 Key Laboratory of Fuel Cell Technology of Guangdong Province, School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China

2 School of Materials Science and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China