La nanofiltration pour améliorer le stockage de l'énergie
Par Benje le lundi, mai 2 2011, 23:14 - Nouvelles Scientifiques - Lien permanent
Source: BE Chine numéro 103 (20/04/2011) - Ambassade de France en Chine / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /66517.htm
Le stockage de l'énergie est une parade essentielle au caractère
aléatoire et intermittent de la production d'énergie de sources
renouvelables telle qu'éolienne et solaire. Ainsi, le développement des
énergies renouvelables va de pair avec celui des batteries.
Si l'électrolyte d'une batterie était liquide, il serait possible de la
recharger rapidement, en remplaçant l'électrolyte déchargé par un liquide chargé. Cette idée a suscité l'intérêt des batteries à flux redox, basées sur des électrolytes liquides. Les batteries à flux stockent l'électricité et la génèrent par une réaction d'oxydoréduction.
Une membrane poreuse (typiquement du Nafion produit par la société
DuPont) qui sépare les électrolytes liquides et les électrodes, permet
l'échange de protons. Cependant, jusqu'à présent, les batteries à flux
redox ont l'inconvénient de stocker significativement moins d'énergie
que des batteries au lithium.
Beaucoup de couples réducteur/oxydant ont été
étudiés. Le vanadium, élément très abondant sur terre, a retenu
l'attention de la chercheuse Skyllas-Kazacos dans les années 1980. Les
piles redox à base de vanadium, appelées VRB Vanadium Redox Battery,
encore peu répandues font l'objet d'importantes recherches. Dans ces
batteries, deux réservoirs d'électrolyte, contenant des espèces de
vanadium de différentes valences, sont séparés par une membrane
échangeuse d'ions. Lorsque la batterie est chargée, les ions de vanadium
sont oxydés ou réduits, convertissant l'énergie chimique en énergie électrique. Une membrane idéale serait d'éviter la diffusion des ions
vanadium à travers la membrane mais permettre uniquement la conductivité
des protons. Cependant, le comportement inverse est prédominant et une
large quantité d'ions de vanadium traverse la membrane, ce qui
contribue à la décharge prématurée de la batterie. Les batteries à flux
les plus couramment utilisées - polymère fluorés tels que le Nafion -
laissent passer, malgré une conductivité protonique élevée et une bonne
stabilité chimique, les ions de vanadium et sont relativement coûteuses à
l'achat.
Des scientifiques chinois ont montré que des membranes utilisant le
principe de nanofiltration pourraient accroître l'efficacité des piles
redox à base de vanadium VRB, qui en font un outil viable pour le stockage de l'énergie à grande échelle.
L'équipe du Prof. Li Xianfeng de l'Académie des Sciences en Chine à
Dalian a synthétisé à partir de polyacrylonitrile (PAN) des membranes
échangeuses d'ion pour batterie VRB. Les pores de la membrane peuvent
être ajustés, ce qui permet aux scientifiques d'avoir la maîtrise des
flux entre les deux électrolytes au cours des cycles de charge-décharge
et ainsi améliorer les performances de la batterie.
L'équipe de chercheurs a ajusté la taille des pores de la membrane de
PAN en jouant sur la concentration du polymère. Ils ont mesuré la
sélectivité de la membrane vis-à-vis des ions de vanadium et des protons
en plaçant la membrane dans une cellule avec du sulfate de vanadyle et
de l'acide sulfurique d'un côté et de l'eau déminéralisée de l'autre.
Ils ont prélevé dans le temps des échantillons dans le premier réservoir
et les ont analysé avec un spectromètre UV-visible et un
pH-mètre. Ils ont constaté que la membrane montre une conductivité
accrue vis-à-vis des protons avec une distribution des tailles des pores
plus petites. Les scientifiques ont montré que la nouvelle membrane
rivalise avec les performances du matériau Nafion, mais pour un coût moindre.