Les supercondensateurs sont un autre type de dispositif de stockage d'énergie. Ils sont similaires aux batteries, en ce qu' ils retiennent et libèrent électrostatiquement de l'énergie, mais dans notre technologie—les appareils mobiles, ordinateurs portables, voitures électriques - elles ont tendance à servir d'alimentation de secours car elles peuvent débourser leur énergie stockée en un temps record, contrairement aux batteries qui le font sur une longue période d'utilisation. Mais, comme les piles, les supercondensateurs utilisent une solution électrolytique inflammable, en conséquence, ils sont vulnérables aux fuites et aux incendies.

Non seulement le supercondensateur du groupe est sans solvant, ce qui signifie qu'il ne contient pas de liquide inflammable, mais sa conception compacte est également plus durable et sa capacité de stockage d'énergie et sa durée de vie charge-décharge sont meilleures que les appareils comparables actuellement utilisés. Il est également capable de fonctionner à des températures pouvant atteindre 300 degrés Celsius, ce qui signifie que cela rendrait les appareils mobiles beaucoup plus durables et moins susceptibles de devenir un risque d'incendie en raison d'abus.

« Pour permettre une épaisseur et une charge d'électrode pertinentes sur le plan industriel, nous avons développé une électrode semblable à un tissu composée de nanofibres qui fournit une structure à pores ouverts tridimensionnelle bien définie pour une infusion facile du précurseur d'électrolyte solide, " a déclaré Kalra. " L'électrode à pores ouverts est également exempte d'agents liants qui agissent comme des isolants et diminuent les performances. "

La clé de la production de cet appareil durable est un cadre d'électrode en forme de fibre que l'équipe a créé à l'aide d'un processus appelé électrofilage. Le procédé dépose une solution de polymère précurseur de carbone sous la forme d'un tapis fibreux en l'extrudant à travers un champ électrique tournant - un procédé qui, au niveau microscopique, ressemble à faire de la barbe à papa.

L'ionogel est ensuite absorbé dans le tapis de fibre de carbone pour créer un réseau électrode-électrolyte complet. Ses excellentes performances sont également liées à cette manière unique de combiner les solutions d'électrodes et d'électrolytes. C'est parce qu'ils sont en contact sur une plus grande surface.

Si vous pensez à un dispositif de stockage d'énergie comme un bol de flocons de maïs, Ensuite, l'endroit où se produit le stockage d'énergie est à peu près l'endroit où les flocons rencontrent le lait - les scientifiques appellent cela la "double couche électrique". C'est là que l'électrode conductrice qui stocke l'électricité rencontre la solution d'électrolyte qui transporte la charge électrique. Idéalement, dans ton bol de céréales, le lait se frayait un chemin à travers tous les flocons pour obtenir le bon enrobage sur chacun, ni trop croquant ni trop détrempé. Mais parfois, les céréales s'entassent et le lait, ou la solution électrolytique, dans le cas de notre comparaison, ne va pas jusqu'au bout, donc les flocons sur le dessus sont secs, tandis que les flocons sur le fond sont saturés. Ce n'est pas un bon bol de céréales, et son équivalent électrochimique - un embouteillage d'électrons en route vers des sites d'activation dans l'électrode - n'est pas idéal pour le stockage d'énergie.

Le supercondensateur à semi-conducteurs de Kalra, c'est comme mettre du blé râpé dans le bol, au lieu de cornflakes. L'architecture ouverte laisse le lait imprégner et enrober la céréale, un peu comme l'ionogel imprègne le tapis en fibre de carbone du supercondensateur à semi-conducteurs de Kalra. Le tapis offre une plus grande surface pour les ions de l'ionogel pour accéder à l'électrode, ce qui augmente la capacité et améliore les performances du dispositif de stockage d'énergie. Il élimine également le besoin de nombreux matériaux d'échafaudage qui sont des éléments essentiels de la formation de l'électrode physique, mais ne jouent pas un rôle dans le processus de stockage d'énergie et contribuent pour une bonne part au poids total de l'appareil.

"Les électrodes de pointe sont composées de poudres fines qui doivent être mélangées avec des agents liants et transformées en une suspension, qui est ensuite appliqué dans l'appareil. Ces liants ajoutent un poids mort à l'appareil, car ce ne sont pas des matériaux conducteurs, et ils entravent en fait ses performances, " a déclaré Kalra. "Nos électrodes sont autoportantes, éliminant ainsi le besoin de liants, dont le traitement peut représenter jusqu'à 20 % du coût de fabrication d'une électrode. »

La prochaine étape pour le groupe de Kalra sera d'appliquer cette technique à la production de batteries à semi-conducteurs ainsi que d'explorer son application pour les tissus intelligents.