De nouvelles batteries à flux durables sur le banc d’essai
Pour rendre les batteries à flux plus durables, des chercheurs bordelais et leurs partenaires japonais proposent une méthode d'imagerie innovante pour mesurer avec précision les propriétés cinétiques de nouveaux électrolytes biocompatibles. Les résultats, publiés dans le Journal of Power Sources, sont probants et représentent une étape clé vers l'optimisation de ces nouveaux systèmes de stockage électrochimique.
Dans une batterie à flux, l’énergie est stockée dans des liquides électrolytiques circulants, séparés en réservoirs et pompés dans une cellule électrochimique où l’énergie chimique est convertie en énergie électrique. Les électrolytes non-organiques utilisés jusqu’alors présentent une double faiblesse quant à leur coût et la toxicité de certains des composants comme le vanadium. La communauté scientifique explore donc des alternatives organiques biocompatibles. Parmi elles, le couple méthyl-viologène / 4-hydroxy-tempo (MV / 4-HO-TEMPO) affiche des performances intéressantes. Mais pour optimiser cette nouvelle famille de batterie, il faut comprendre, dans le détail, comment les réactions se déroulent à l’interface avec les électrodes.
L’équipe de Stéphane Chevalier de l'Institut de mécanique et d'ingénierie (I2M, Arts et Métiers/Bordeaux INP/CNRS/Univ. de Bordeaux), en collaboration avec l'Université de Tokyo, a adapté une technique d'imagerie spectroélectrochimique pour cartographier les variations de concentration et les constantes cinétiques du couple MV / 4-HO-TEMPO. Initialement développée en terres girondines, cette méthode déploie, dans une puce microfluidique transparente, deux électrodes de platine espacées d’un petit millimètre. Un microscope équipé d'une caméra capture la lumière traversant les fluides tandis que les chercheurs modulent la tension appliquée à basse fréquence, créant une oscillation dans la concentration des réactifs. En filmant ces modulations et en les corrélant aux mesures électriques, les chercheurs déduisent le rendement énergétique et les cinétiques énergétiques des fluides.
Les cartes de concentration obtenues montrent des données précieuses pour ajuster le design des cellules et les conditions opératoires des batteries de demain. La méthode pourrait même s'étendre à d'autres électrolytes si la gamme spectrale s’étendait de l'ultraviolet à l'infrarouge. Le chemin vers la conception de prototypes à plus grande échelle est ouvert et ces travaux démontrent que les batteries à flux organique ont de l’avenir, notamment pour le stockage d’énergies renouvelables.
La modulation en courant alternatif, couplée à l’imagerie microfluidique, permet de relier l’absorbance AC au courant AC et de cartographier les cinétiques électrochimiques du couple MV / 4-HO-TEMPO en vue d’optimiser le design des cellules.
© Chevalier et al.
Références
Image-based measurements of Tafel slopes in aqueous MV/4-HO-TEMPO Flow Batteries.
Chevalier, S., Sasaki, Y., Minami, T.
J. Power Sources, 655 (2025).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.237928
Article consultable sur la base d’archives ouvertes Arxiv