Des chercheurs de la North Carolina State University ont découvert qu'un matériau qui incorpore des couches d'eau atomiquement minces est capable de stocker et de fournir de l'énergie beaucoup plus rapidement que le même matériau qui n'inclut pas les couches d'eau. Cette découverte soulève des questions intéressantes sur le comportement des liquides confinés à cette échelle et est prometteuse pour façonner les futures technologies de stockage d'énergie.

"C'est une preuve de concept, mais l'idée d'utiliser de l'eau ou d'autres solvants pour « régler » le transport des ions dans un matériau en couches est très excitante, " dit Veronica Augustyn, un professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à NC State et auteur correspondant d'un article décrivant le travail. "L'idée fondamentale est que cela pourrait permettre de stocker une quantité accrue d'énergie par unité de volume, diffusion plus rapide des ions à travers le matériau, et un transfert de charge plus rapide.

"De nouveau, ce n'est qu'un premier pas, mais cette piste d'investigation pourrait finalement conduire à des choses comme des batteries plus minces, stockage plus rapide pour les réseaux électriques basés sur les énergies renouvelables, ou une accélération plus rapide dans les véhicules électriques, " dit Augustin.

"L'objectif pour de nombreux chercheurs en stockage d'énergie est de créer des technologies qui ont la densité énergétique élevée des batteries et la puissance élevée des condensateurs, " dit James Mitchell, un doctorat étudiant à NC State et auteur principal de l'article. "Les pseudocondensateurs comme celui dont nous discutons dans le document peuvent nous permettre de développer des technologies qui comblent cet écart."

Pour ce travail, les chercheurs ont comparé deux matériaux :un oxyde de tungstène cristallin et un hydrate d'oxyde de tungstène cristallin - qui se compose de couches d'oxyde de tungstène cristallin séparées par des couches d'eau atomiquement minces.

Lorsque vous chargez les deux matériaux pendant 10 minutes, les chercheurs ont découvert que l'oxyde de tungstène ordinaire stockait plus d'énergie que l'hydrate. Mais lorsque la période de charge n'était que de 12 secondes, l'hydrate emmagasine plus d'énergie que le matériau ordinaire. Une chose qui intrigue, disent les chercheurs, est que l'hydrate stocke l'énergie plus efficacement – ​​gaspillant moins d'énergie sous forme de chaleur.

« L'incorporation de ces couches de solvants pourrait être une nouvelle stratégie pour les dispositifs de stockage d'énergie à haute puissance qui utilisent des matériaux en couches, " dit Augustyn. "Nous pensons que la couche d'eau agit comme une voie qui facilite le transfert des ions à travers le matériau.

« Nous allons maintenant de l'avant avec les travaux financés par la National Science Foundation sur la façon d'affiner ce soi-disant« intercalaire, ", ce qui, espérons-le, fera progresser notre compréhension de ces matériaux et nous rapprochera des dispositifs de stockage d'énergie de nouvelle génération."

Le papier, "Transition du comportement de la batterie au pseudocondensateur via l'eau structurelle dans l'oxyde de tungstène, " est publié dans la revue Chimie des Matériaux .