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Révolutionner les énergies renouvelables : une batterie au sel innovante récupère efficacement l’énergie osmotique

SciTechDaily

Une nouvelle membrane semi-perméable double la production d'énergie osmotique dans les estuaires, démontrant ainsi le potentiel de production d'électricité durable.

Les estuaires, là où les rivières d'eau douce rencontrent la mer salée, sont d'excellents endroits pour observer les oiseaux et faire du kayak. Dans ces zones, des eaux contenant différentes concentrations de sel se mélangent et peuvent constituer des sources d’énergie osmotique « bleue » durable. Dans la revue Lettres énergétiques ACSles chercheurs rapportent avoir créé une membrane semi-perméable qui récupère l'énergie osmotique des gradients de sel et la convertit en électricité.

La nouvelle conception présentait une densité de puissance de sortie plus de deux fois supérieure à celle des membranes commerciales lors des démonstrations en laboratoire.

Avancées dans la technologie de l’énergie osmotique

L'énergie osmotique peut être générée partout où se trouvent des gradients de sel, mais les technologies disponibles pour capter cette énergie renouvelable peuvent être améliorées. Une méthode utilise un ensemble de membranes d’électrodialyse inverse (RED) qui agissent comme une sorte de « batterie au sel », générant de l’électricité à partir des différences de pression provoquées par le gradient de sel.

Pour égaliser ce gradient, les ions chargés positivement de l’eau de mer, comme le sodium, traversent le système vers l’eau douce, augmentant ainsi la pression sur la membrane. Pour augmenter encore son pouvoir de collecte, la membrane doit également conserver une faible résistance électrique interne en permettant aux électrons de circuler facilement dans la direction opposée aux ions.

Des recherches antérieures suggèrent qu’améliorer à la fois le flux d’ions à travers la membrane RED et l’efficacité du transport des électrons augmenterait probablement la quantité d’électricité capturée à partir de l’énergie osmotique. Ainsi, Dongdong Ye, Xingzhen Qin et leurs collègues ont conçu une membrane semi-perméable à partir de matériaux respectueux de l'environnement qui minimiserait théoriquement la résistance interne et maximiserait la puissance de sortie.

Conception innovante de membranes par des chercheurs

Le prototype de membrane RED des chercheurs contenait des canaux séparés (c'est-à-dire découplés) pour le transport des ions et du transport des électrons. Ils ont créé cela en prenant en sandwich un hydrogel de cellulose chargé négativement (pour le transport des ions) entre des couches d'un polymère organique électroconducteur appelé polyaniline (pour le transport des électrons).

Les premiers tests ont confirmé leur théorie selon laquelle les canaux de transport découplés entraînaient une conductivité ionique plus élevée et une résistivité plus faible par rapport aux membranes homogènes fabriquées à partir des mêmes matériaux. Dans un réservoir d'eau simulant un environnement estuaire, leur prototype a atteint une densité de puissance de sortie 2,34 fois supérieure à celle d'une membrane RED commerciale et a maintenu ses performances pendant 16 jours de fonctionnement non-stop, démontrant ainsi ses performances stables à long terme sous l'eau.

Lors d'un test final, l'équipe a créé une batterie au sel à partir de 20 de leurs membranes RED et a généré suffisamment d'électricité pour alimenter individuellement une calculatrice, une lumière LED et un chronomètre.

Applications pratiques et perspectives d'avenir

Ye, Qin et les membres de leur équipe affirment que leurs découvertes élargissent la gamme de matériaux écologiques qui pourraient être utilisés pour fabriquer des membranes RED et améliorer les performances de récupération d'énergie osmotique, rendant ces systèmes plus réalisables pour une utilisation réelle.

Les auteurs reconnaissent le financement de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.

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