La structure et la morphologie de WO3 @GO nanohybride. Crédit :SIAT
La batterie à flux redox au vanadium (VRFB) est un système de stockage d'énergie durable prometteur. Dans une cellule VRFB, une membrane échangeuse d'ions (IEM) est utilisée pour empêcher la formation d'un court-circuit cathode / anode et éviter les croisements d'électrolytes et les réactions secondaires, tout en permettant à la conduction protonique de maintenir la cellule électriquement neutre.
À ce jour, la membrane d'acide sulfonique perfluoré (PFSA) est l'IEM le plus largement appliqué pour les VRFB. Cependant, une forte perméation des ions vanadium de la membrane PFSA raccourcira la durée de vie de la cellule et entraînera des performances cellulaires insatisfaisantes.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Li Huiyun, le professeur Yu Shuhui et le Dr Ye Jiaye du Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) de l'Académie chinoise des sciences a développé une membrane hybride basée sur des matériaux nanohybrides bidimensionnels, qui peuvent améliorer les performances des VRFB.
L'étude a été publiée dans Advanced Functional Materials le 9 novembre.
Dans la membrane nouvellement développée, des nanofeuilles d'oxyde de graphène (GO) ont été intégrées dans la matrice PFSA pour agir comme une "barrière" afin de réduire la perméation des ions vanadium. Le trioxyde de tungstène (WO3 ) des nanoparticules ont été cultivées in situ sur la surface des nanofeuilles GO pour surmonter l'effet électrostatique et améliorer l'hydrophilie et la dispersibilité des nanofeuilles GO.
"Ces nanoparticules hydrophiles de trioxyde de tungstène sur les surfaces des nanofeuilles GO servent de sites actifs de protons pour faciliter le transport des protons", a déclaré le Dr Ye Jiaye, le premier auteur de l'étude.
La fine couche poreuse de polytétrafluoroéthylène (PTFE) a été prise en sandwich au milieu de la membrane en tant que couche renforcée améliorant la stabilité de la membrane.
Sous l'effet synergique de WO3 @GO et la couche de PTFE, la membrane hybride présentait une sélectivité ionique élevée. La cellule unique VRFB avec la membrane hybride optimisée a fourni une efficacité coulombienne et une efficacité énergétique supérieures à celles de la membrane Nafion commerciale.
Dans leur précédente étude publiée dans Chemical Engineering Journal, cette équipe de recherche a développé une membrane composite à structure sandwich à base de nanofils de carbure de silicium fonctionnalisés unidimensionnels.
Les chercheurs ont introduit des nanofils de carbure de silicium fonctionnalisés dans une matrice d'acide sulfonique perfluoré (PFSA) et pris en sandwich une couche poreuse ultrafine de polytétrafluoroéthylène.
Cette membrane hybride maintient non seulement une bonne conductivité protonique mais réduit également efficacement la pénétration des ions vanadium, améliorant ainsi les performances de la cellule VRFB.
Ces études fournissent une stratégie de préparation pour la conception d'IEM performants pour les VRFB basés sur des matériaux modifiés unidimensionnels et bidimensionnels, qui peuvent être étendus à d'autres domaines, notamment le traitement de l'eau et les piles à combustible. Des scientifiques font une percée dans les membranes composites conductrices d'ions
