Des chercheurs chinois sous la direction des Profs. Li Xianfeng et Zhang Huamin de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences ont récemment développé une membrane conductrice d'ions ultrafine à haute sélectivité et conductivité qui peut augmenter la puissance des batteries à flux. L'étude a été publiée dans Communication Nature .

Les membranes sont des composants clés des batteries à flux. Ils séparent les matériaux réactifs dans les chambres négative et positive tout en permettant le transfert d'ions à travers la membrane en même temps. L'efficacité des batteries à flux dépend fortement de la sélectivité ionique et de la conductivité de ces membranes.

Sur la base de leur étude précédente ( Environ. Sci. , 2011, 4, 1676), Le groupe de Li a découvert que le principal défi pour les membranes conductrices d'ions est le « compromis » entre la sélectivité des ions et la conductivité. Les membranes poreuses utilisant la méthode de construction traditionnelle par inversion de phase avaient des pores tortueux et mal connectés, résultant en une faible conductivité ionique.

En revanche, les membranes composites possèdent des couches sélectives réglées séparément supportées sur des substrats. « Une membrane composite avec une couche sélective très mince et un substrat hautement conducteur surmonte, espérons-le, le compromis entre la sélectivité ionique et la conductivité et améliore encore les performances de la batterie à flux, " a déclaré le professeur Li.

À cette fin, les chercheurs ont utilisé la polymérisation interfaciale pour fabriquer une membrane composite à couche mince. Cette membrane possède une couche sélective en polyamide réticulé ultra-mince et une couche de support hautement conductrice. La couche sélective ultrafine n'a que 180 nm d'épaisseur. Il offre une voie de transfert d'ions très courte et a une très faible résistance surfacique.

Le polyamide réticulé a un volume libre entre la taille des ions hydronium et vanadium hydraté. ions vanadium, en raison de leur taille, sont très résistants au croisement, dotant ainsi la membrane d'une sélectivité ionique élevée.

Les batteries à flux avec une membrane composite à couche mince pourraient fonctionner à une densité de courant plus élevée. Cela permettrait l'utilisation d'une pile de batteries plus petite pour générer une puissance plus élevée et une réduction du coût des piles de batteries.

Le mécanisme de transfert de protons dans les couches sélectives de polyamide peut être mieux compris en utilisant le mécanisme de Grotthuss pour effectuer des calculs théoriques de transferts de protons le long des chaînes d'eau et des groupes carboxyle. Les résultats fournissent de nouvelles idées pour la conception de membranes sélectives d'ions avancées qui peuvent également être appliquées aux batteries à flux.