Un moyen plus efficace de trouver une batterie plus efficace

Un moyen plus efficace de trouver une batterie plus efficace

Schéma d’un ORFB assemblé avec un catholyte BTMAP-Fc et un anolyte BTMAP-Vi incorporant un séparateur à membrane échangeuse d’anions. Les combinaisons de pH et d’anions dans l’électrolyte de support sont présentées sous le schéma. Le flux d’électrons et d’ions pendant la charge est représenté à l’aide d’une ligne continue, et le flux équivalent pendant le processus de décharge est représenté à l’aide de lignes en pointillés. Crédit : laboratoire Ramani

Le rythme des progrès dans le secteur des énergies renouvelables est limité non seulement par la technologie permettant de capter l’énergie du soleil, du vent, des océans ou de la chaleur rayonnante de la Terre, mais aussi par la capacité de stocker et de déployer efficacement cette énergie une fois qu’elle a été harnaché.

Le principal obstacle au développement de batteries fiables pouvant être adaptées aux besoins du réseau est, sans surprise, le coût des matériaux, mais aussi la recherche nécessaire pour trouver les meilleurs matériaux.

À l’Université de Washington à St. Louis, une équipe de recherche dans le laboratoire de Vijay Ramani, Roma B. & Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor à la McKelvey School of Engineering, a développé un moyen de déterminer quels matériaux conviendront comme élément clé de toute batterie à flux redox organique (ORFB) pour le stockage d’énergie à l’échelle du réseau : l’électrolyte.

La recherche a été publiée le 20 août dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).

Les batteries à flux redox organiques (ORFB) sont peu coûteuses. Leur conception les rend moins chères que les batteries lithium-ion par unité d’électricité stockée à grande échelle, et elles utilisent des matériaux organiques peu coûteux pour les actifs de la batterie (cathode et anode).

« Dans notre système, nous utilisons du viologène, qui est largement utilisé comme herbicide et qui est très peu coûteux », a déclaré la première auteure Kritika Sharma, doctorante. étudiant dans le laboratoire de Ramani. « Si nous utilisons de tels actifs organiques, la principale décision est : « Dans quel électrolyte le dissoudrons-nous pour maximiser l’efficacité de la batterie ? » », a-t-elle déclaré.

Traditionnellement, répondre à cette question a impliqué de nombreuses expérimentations et analyses par essais et erreurs. Ce que l’équipe de Ramani a trouvé, cependant, a le potentiel d’éliminer une grande partie de ce travail : un descripteur universel qui indique quels électrolytes sont les mieux associés aux actifs organiques.

L’équipe de recherche de Ramani, composée de Shrihari Sankarasubramanian et Javier Parrondo, en plus de Sharma, a examiné deux actifs (une cathode de dichlorure de ferrocène et une anode de tétrachlorure de propyl viologène) et six électrolytes (acide sulfurique; acide chlorhydrique; acide méthane sulfonique; sulfate de sodium; chlorure de sodium et méthane sulfonate de sodium) à pH neutre et acide. Ils ont découvert que leur descripteur universel indiquait les combinaisons avec les caractéristiques les plus complémentaires de la chimie et des performances de la batterie : une faible polarisation de décharge et une tension de circuit ouvert élevée.

« Notre descripteur, c’est-à-dire l’énergie de réorganisation des solvants, nous a permis de montrer que les électrolytes à faible pH avec des contre-ions méthane sulfonate ou chlorure fonctionnaient mieux », a déclaré Sankarasubramanian, co-premier auteur de l’article et professeur adjoint de génie chimique à l’Université du Texas à San Antonio. . « Nous avons pu prédire cela avec une heure d’expérimentation en laboratoire au lieu des jours ou des semaines habituels. »

Bien que l’article montre les résultats d’un nombre limité de combinaisons, Sharma a déclaré que le descripteur peut être généralisé car il est basé sur la relation fondamentale entre les actifs et les électrolytes et corrèle les propriétés cinétiques et de transport dans le système.

Avec une méthode généralisable pour prédire les meilleurs électrolytes pour un actif organique donné, le développement de nouvelles technologies de stockage deviendra plus efficace, et pas trop tôt.

« Le stockage d’énergie à l’échelle du réseau est nécessaire pour avoir un réseau stable lorsque les générateurs intermittents solaires et éoliens sont dominants », a déclaré Sharma. « Notre descripteur universel peut aider à accélérer le développement de nouvelles solutions de stockage. »


Des scientifiques développent une nouvelle technique de stockage d’énergie à grande échelle


Plus d’information:
Kritika Sharma et al, Implications électrochimiques de la modulation de la couche de solvatation autour des espèces organiques actives redox dans les batteries à flux redox organiques aqueux, Actes de l’Académie nationale des sciences (2021). DOI : 10.1073/pnas.2105889118

Fourni par l’Université de Washington à St. Louis

Citation: Un moyen plus efficace de trouver une batterie plus efficace (2021, 8 septembre) récupéré le 8 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-efficient-battery.html

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