(En haut à gauche) Les capacités spécifiques de plusieurs matériaux d'électrode. (En haut à droite) Diagramme schématique du transport des ions dans un supercondensateur avec et sans l'éponge. (En bas à gauche) Graphique des taux de tension et de charge/décharge pour les supercondensateurs simples et tandem. (En bas à droite) Une cellule à trois éléments est utilisée pour alimenter une LED rouge. Crédit :Moussa, et al. ©2015 Éditions IOP
En plongeant de petits morceaux d'une éponge de cuisine ordinaire dans des solutions de matériaux d'électrode à l'échelle nanométrique, les scientifiques ont créé un poids léger, supercondensateur à faible coût qui bénéficie de la structure poreuse de l'éponge. Les pores fournissent une grande surface pour les matériaux d'électrode à attacher, conduisant à une augmentation du mouvement des ions entre les électrodes et l'électrolyte qui remplit les pores. Globalement, le nouveau supercondensateur présente des performances supérieures à celles d'un autre composé des mêmes matériaux d'électrode mais sans l'éponge.
Les chercheurs, dirigé par Jun Ma à l'Université d'Australie-Méridionale, ont publié leur article sur les supercondensateurs en éponge de cuisine dans un récent numéro de Nanotechnologie .
Bien que ce ne soit pas la première fois que des éponges sont utilisées pour fabriquer des supercondensateurs, l'idée est encore nouvelle et peu utilisée. L'étude est la première à utiliser des éponges comme substrat pour un composite de deux matériaux d'électrode particuliers :des plaquettes de graphène de 2 nm d'épaisseur, et des nanotiges fabriquées à partir du polymère conducteur polyaniline (PANi). Chaque matériau a ses propres avantages et inconvénients, mais lorsqu'ils sont combinés, ils offrent le meilleur des deux mondes en raison de leurs effets synergiques. Alors que les plaquettes de graphène offrent une densité de puissance élevée mais une faible capacité, les nanotiges PANi offrent une capacité beaucoup plus élevée mais souffrent d'une conductivité électrique plus faible et d'autres inconvénients.
Lorsqu'ils sont combinés, les deux matériaux aident à "corriger" la faiblesse de l'autre, dans un sens. Les plaquettes de graphène sont constituées de plusieurs couches, mais généralement tous ne sont pas accessibles à l'électrolyte, ce qui limite la capacité. Lorsque des nanotiges de PANi sont cultivées à la surface des plaquettes de graphène, ils agissent comme des nanoespaceurs pour élargir la distance intercalaire entre les plaquettes afin d'exploiter pleinement leur capacité de stockage. D'autre part, les plaquettes de graphène hautement conductrices améliorent la conductivité des nanotiges en coinçant les fibres PANi pour fournir plus d'interface avec l'électrolyte.
"Ce travail rapporte une nouvelle conception pour la fabrication d'électrodes de supercondensateurs en tirant parti de la synergie entre des plaques de graphène rentables, polymères conducteurs, et électrodes éponge de cuisine, résultant non seulement d'une excellente capacité et d'une puissance et d'une densité d'énergie décentes, mais haute capacité de rétention sur 12, 000 cycles, " Maman a dit Phys.org .
Images au microscope électronique à balayage de (a) une éponge pure, (b) une éponge avec des nanoplaquettes de graphène, et (c) une éponge avec des nanoplaquettes de graphène et du PANi. Crédit :Moussa, et al. ©2015 Éditions IOP
Pour démontrer ses performances, les chercheurs ont connecté trois des supercondensateurs pour alimenter une LED rouge pendant cinq minutes. Ils espèrent que ce dispositif facile à fabriquer pourrait avoir des applications où léger, des dispositifs de stockage d'énergie à faible coût sont nécessaires.
« Les électrodes développées sont flexibles et ont des performances élevées, ils ont donc de nombreuses applications potentielles, surtout pour pliable, portable, et électronique portable, " dit Maman.
© 2015 Phys.org
