La percée des supercondensateurs en graphène pourrait stimuler le stockage d’énergie dans les futurs véhicules électriques et autres appareils ménagers

Les scientifiques ont trouvé une nouvelle façon de manipuler le graphène pour créer une substance avec une densité d’énergie et de puissance record.

Lorsqu’elle est incorporée dans des dispositifs de stockage d’énergie appelés supercondensateurs, cette nouvelle forme de graphène pourrait être la clé d’un stockage d’énergie de grande capacité et à charge rapide, capable de fournir de l’énergie plus rapidement que les batteries conventionnelles, ont déclaré les chercheurs dans une étude. déclaration.

Le nouveau matériau, appelé oxyde de graphène réduit à plusieurs échelles (M-rGO), est créé à partir de graphite, une ressource abondante à l’échelle mondiale. Les chercheurs l’ont incorporé dans des cellules de poche, un type de batterie rechargeable emballée dans une enveloppe mince et flexible en aluminium laminé au lieu de métal rigide. Les scientifiques ont publié leurs résultats le 15 septembre dans la revue Communications naturelles.

Les cellules de poche sont utilisées dans les véhicules électriques, les drones, les appareils électroniques portables, les ordinateurs portables, les smartphones et les tablettes. Selon l’équipe de recherche, les construire à partir de M-rGO pourrait conduire à des améliorations de la capacité totale, du temps de charge et de la capacité à alimenter des appareils plus complexes et plus gourmands en énergie avec des batteries plus petites.

Absorber le pouvoir

Alors que les batteries traditionnelles stockent l’énergie dans des liaisons chimiques, les supercondensateurs sont des condensateurs électrochimiques qui stockent l’énergie sous forme de charges électriques séparées sur les surfaces des électrodes. Elles présentent l’avantage d’une densité énergétique supérieure (la quantité d’énergie pouvant être stockée dans un espace donné) et d’une densité de puissance (la rapidité avec laquelle l’énergie peut être fournie par unité de volume) par rapport aux batteries traditionnelles.

Jusqu’à présent, cependant, les supercondensateurs étaient paralysés par une limitation importante : seule une partie du stockage d’énergie potentiel des matériaux à partir desquels ils ont été créés était disponible pour utilisation.

Cette limitation vient de la constitution physique du graphène. Bien qu’il présente l’avantage de permettre des électrodes plus denses – les conducteurs solides d’une batterie où la charge est stockée – il est très inefficace pour utiliser cet espace. Le simple fait d’empiler du graphène, par exemple, est inefficace car les feuilles adhèrent trop étroitement les unes aux autres et ne laissent pas suffisamment d’espace pour les ions qui doivent entrer et sortir pour stocker de l’énergie.

Pour contourner ce problème, les scientifiques ont construit des structures 3D désordonnées semblables à des éponges, qui fournissent à la fois de grandes quantités de zone de stockage et des voies permettant aux ions de se déplacer. Bien que légères, ces structures avaient l’inconvénient d’être volumineuses et encombrantes.

Cette avancée résout ce problème en chauffant le graphène en deux étapes. Il en résulte un réseau de graphène incurvé et enchevêtré avec plusieurs niveaux de structure qui permet toujours le mouvement rapide des ions tout en offrant une grande surface pour le stockage d’énergie.

« Cette découverte pourrait nous permettre de construire des supercondensateurs à charge rapide qui stockent suffisamment d’énergie pour remplacer les batteries dans de nombreuses applications, et la fournir beaucoup plus rapidement », a déclaré Mainak Majumderprofesseur de génie mécanique et aérospatial à l’Université Monash en Australie, dans le communiqué.