Le potentiel de la montmorillonite dans le domaine des énergies renouvelables
La montmorillonite (MMT) est un minéral silicaté à structure feuilletée. Dans sa structure, les atomes d’aluminium à valence élevée des octaèdres aluminium-oxygène peuvent être facilement remplacés par des atomes à valence inférieure, ce qui crée une charge négative entre les couches. Pour maintenir la stabilité de la structure interlamellaire, la montmorillonite adsorbe des cations tels que Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ et K+ présents dans son environnement. Cette caractéristique confère à la montmorillonite d’excellentes propriétés d’adsorption et d’échange cationique. Cette structure unique et cette capacité d’échange offrent à la montmorillonite un important potentiel d’application dans le domaine des nouvelles technologies énergétiques.
Matériaux pour les batteries au lithium
(1) Pour les électrolytes à l’état solide
De nombreuses études ont montré que la montmorillonite (MMT), en tant que nouveau matériau de remplissage inorganique, améliore considérablement la conductivité ionique et les propriétés mécaniques des électrolytes polymères solides (SPE).
(2) Formation de couches SEI artificielles
Dans les films de couche interfaciale électrolytique solide artificielle (SEI), la montmorillonite-lithium (Li-MMT) confère de bonnes propriétés mécaniques à la couche SEI et crée des canaux de transport des ions Li+, ce qui contribue à limiter la formation de dendrites de lithium. Grâce aux canaux de transport rapides des ions Li+ dans la Li-MMT, une cellule Li-LiFePO4 assemblée avec une couche SEI Li-MMT présente d’excellentes performances de décharge et une capacité résiduelle élevée de 90,6 % après 400 cycles à 1C.
(3) Optimisation des séparateurs
La MMT est utilisée pour optimiser les séparateurs grâce à ses excellentes propriétés d’adsorption. Comparé aux séparateurs PE classiques, le séparateur modifié à la Li-MMT présente une concentration plus élevée d’ions Li+ à l’interface électrode/électrolyte, ce qui réduit le dépôt sélectif de lithium, atténue la densité de courant locale et limite la formation de dendrites.
(4) Optimisation des électrolytes liquides
Dans les systèmes de batteries au lithium métallique, la montmorillonite présente une affinité plus forte pour le lithium métallique que les électrolytes PEO, avec un potentiel zêta de +26 mV, ce qui favorise l’enrichissement des ions lithium près de la surface de la montmorillonite. Avec l’adsorption et la séparation des ions lithium, le surpotentiel augmente légèrement à -57,7 mV, ce qui favorise la migration des ions lithium depuis la montmorillonite vers la surface du collecteur de courant en cuivre. (5) Matériaux supports
Supercondensateurs
Matériaux modèles
Certains minéraux naturels présentent des morphologies spécifiques, comme l’attapulsite, la montmorillonite, la halloysite et la diatomite, qui sont couramment utilisés comme matrices pour la synthèse de matériaux carbonés poreux à morphologies spécifiques. De plus, des polymères conducteurs à morphologies spécifiques peuvent être synthétisés par la méthode des matrices minérales. (2) Matériaux supports d’électrode
Pour obtenir des matériaux actifs à morphologies spécifiques, tout en améliorant la capacité capacitive et la stabilité cyclique, des matériaux actifs peuvent être déposés sur la surface de minéraux tels que la montmorillonite et la halloysite.
Matériaux de stockage du méthane
Actuellement, les chercheurs explorent la technologie de stockage du gaz naturel par adsorption, économique, pratique et sûre, comme alternative aux technologies traditionnelles de gaz naturel comprimé et de gaz naturel liquéfié. Des études ont montré que les argiles jouent un rôle important dans la formation et le développement des gisements de gaz de schiste et possèdent des capacités de stockage de gaz.
Matériaux électrocatalytiques
L’électrocatalyse est un type de catalyse qui accélère les réactions de transfert de charge à l’interface électrode/électrolyte, et est largement utilisée dans des domaines tels que l’électrolyse de l’eau, la production d’oxygène et la réduction des NOx. Les argiles, comme la montmorillonite, sont utilisées comme supports pour les composants des réactions photoélectrocatalytiques afin de prévenir l’agglomération des particules, d’améliorer la stabilité des molécules sensibilisatrices et d’augmenter la sélectivité de la réaction.
Matériaux de stockage thermique à changement de phase
Les matériaux de stockage thermique à changement de phase (PCM) sont une nouvelle catégorie de matériaux fonctionnels qui utilisent l’absorption ou la libération de chaleur lors du changement de phase pour le stockage et la restitution d’énergie thermique. Les minéraux naturels jouent un rôle important dans ce domaine. D’une part, ils constituent d’excellents matériaux inorganiques à changement de phase et peuvent être transformés en matériaux à hautes performances après ajout d’agents nucléateurs et de stabilisants. D’autre part, leur structure poreuse constitue un excellent support pour ces matériaux.