Afin d'alimenter des communautés entières en énergie propre, comme l'énergie solaire et éolienne, un système de stockage de secours fiable est nécessaire pour fournir de l'énergie lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.

Une possibilité consiste à utiliser tout excès d'énergie solaire et éolienne pour charger des solutions de produits chimiques qui peuvent ensuite être stockées pour être utilisées lorsque le soleil et le vent sont rares. À ce moment-là, les solutions chimiques de charge opposée peuvent être pompées à travers des électrodes solides, créant ainsi un échange d'électrons qui alimente le réseau électrique.

La clé de cette technologie, appelée batterie à flux redox, est de trouver des produits chimiques qui peuvent non seulement « porter » une charge suffisante, mais aussi être stocké sans se dégrader pendant de longues périodes, maximisant ainsi la production d'électricité et minimisant les coûts de réapprovisionnement du système.

Chercheurs de l'Université de Rochester, travailler avec des collègues de l'Université de Buffalo, croient avoir trouvé un composé prometteur qui pourrait transformer le paysage du stockage d'énergie.

Dans un article publié en Sciences chimiques , un journal en libre accès de la Royal Society of Chemistry, chercheurs du laboratoire d'Ellen Matson, professeur assistant de chimie, décrire la modification d'un cluster d'oxyde métallique, qui a des propriétés électroactives prometteuses, de sorte qu'il est presque deux fois plus efficace que le cluster non modifié pour le stockage d'énergie électrochimique dans une batterie à flux redox.

"Les applications de stockage d'énergie avec des polyoxométalates sont assez rares dans la littérature, " dit l'auteur principal Lauren VanGelder, un doctorat de troisième année. étudiant dans le laboratoire de Matson. "Il y a peut-être un ou deux exemples avant le nôtre, et ils n'ont pas vraiment maximisé le potentiel de ces systèmes."

"C'est vraiment un domaine inexploité du développement moléculaire, " ajoute Matson.

Le cluster a d'abord été développé dans le laboratoire du chimiste allemand Johann Spandl, et étudiée pour ses propriétés magnétiques. Les tests menés par VanGelder ont montré que le composé pouvait stocker la charge dans une batterie à flux redox, "mais n'était pas aussi stable que nous l'avions espéré."

Cependant, en faisant ce que Matson décrit comme "une simple modification moléculaire" - en remplaçant les groupes méthoxyde dérivés du méthanol du composé par des ligands éthoxyde à base d'éthanol - l'équipe a pu étendre la fenêtre potentielle pendant laquelle le cluster était stable, doubler la quantité d'énergie électrique qui pourrait être stockée dans la batterie.

Dit Matson :"Ce qui est vraiment cool dans ce travail, c'est la façon dont nous pouvons générer les clusters d'éthoxyde et de méthoxyde en utilisant du méthanol et de l'éthanol. Ces deux réactifs sont peu coûteux, facilement disponible et sûr à utiliser. Les atomes de métal et d'oxygène qui composent le reste de l'amas sont des éléments abondants sur terre. Le simple, la synthèse efficace de ce système est une direction totalement nouvelle dans le développement des porteurs de charge qui, nous croyons, établira une nouvelle norme dans le domaine."

Les tests électrochimiques requis pour cette étude impliquaient des équipements et des techniques qui n'avaient pas été utilisés auparavant dans le laboratoire Matson. D'où la collaboration avec Timothy Cook, professeur adjoint de chimie à l'Université de Buffalo, et Anjula Kosswattaarachchi, un étudiant diplômé de quatrième année dans le laboratoire Cook. VanGelder a visité le laboratoire Cook pour une formation sur l'équipement de test, et à son tour aidé Kosswattaarachchi à synthétiser des composés.

Les deux groupes ont demandé une subvention de la National Science Foundation dans le cadre d'une collaboration en cours pour affiner davantage les clusters à utiliser dans les batteries commerciales à flux redox.

Matson a souligné le "rôle crucial" joué par VanGelder, qui a mené les premiers tests et expériences sur les grappes pendant que Matson était en congé de maternité. "En tant qu'étudiant de troisième année, elle a fait un travail incroyable pour démarrer ce projet. Elle a joué un rôle important dans la conduite de cet effort de recherche en laboratoire, " dit Matson.