Notre utilisation d'appareils et d'appareils fonctionnant sur batterie n'a cessé d'augmenter, apportant avec elle le besoin de sécurité, efficace, et des sources d'énergie performantes. À cette fin, un type de dispositif de stockage d'énergie électrique appelé supercondensateur a récemment commencé à être considéré comme faisable, et parfois encore mieux, alternative aux dispositifs de stockage d'énergie conventionnels largement utilisés tels que les batteries Li-ion. Les supercondensateurs peuvent se charger et se décharger beaucoup plus rapidement que les batteries conventionnelles et continuer à le faire beaucoup plus longtemps. Cela les rend adaptés à une gamme d'applications telles que le freinage par récupération dans les véhicules, appareils électroniques portables, etc. "Si un supercondensateur haute performance utilisant un ininflammable, non toxique, et un électrolyte aqueux sûr peut être créé, il peut être incorporé dans des appareils portables et d'autres appareils, contribuer à l'essor de l'Internet des objets, " Dr Takeshi Kondo, qui est le scientifique principal d'une récente étude révolutionnaire dans le domaine, dit.

Encore, malgré leur potentiel, supercondensateurs, maintenant, présentent certains inconvénients qui empêchent leur utilisation généralisée. Un problème majeur est qu'ils ont une faible densité d'énergie, c'est-à-dire ils stockent une énergie insuffisante par unité de surface de leur espace. Les scientifiques ont d'abord tenté de résoudre ce problème en utilisant des solvants organiques comme électrolyte - le milieu conducteur - à l'intérieur des supercondensateurs pour augmenter la tension générée (notez que le carré de la tension est directement proportionnel à la densité d'énergie dans les dispositifs de stockage d'énergie). Mais les solvants organiques sont coûteux et ont une faible conductivité. Donc, peut-être, un électrolyte aqueux serait mieux, pensèrent les scientifiques. Ainsi, le développement de composants de supercondensateurs qui seraient efficaces avec des électrolytes aqueux est devenu un sujet de recherche central dans le domaine.

Dans l'étude récente susmentionnée, Publié dans Rapports scientifiques , Le Dr Kondo et son groupe de l'Université des sciences de Tokyo et de Daicel Corporation au Japon ont exploré la possibilité d'utiliser un nouveau matériau, le nanodiamant dopé au bore, comme électrode dans les supercondensateurs - les électrodes sont les matériaux conducteurs d'une batterie ou d'un condensateur qui relient l'électrolyte à des fils externes, pour transporter le courant hors du système. Le choix du matériau d'électrode de ce groupe de recherche était basé sur la connaissance que les diamants dopés au bore ont une large fenêtre de potentiel, une caractéristique qui permet à un dispositif de stockage à haute énergie de rester stable dans le temps. "Nous pensions que des supercondensateurs à base d'eau produisant une tension élevée pourraient être réalisés si du diamant conducteur était utilisé comme matériau d'électrode, " dit le Dr Kondo.

Les scientifiques ont utilisé une technique appelée dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes, MPCVD, pour fabriquer ces électrodes et examiné leurs performances en testant leurs propriétés. Ils ont découvert que dans un système basique à deux électrodes avec un électrolyte aqueux d'acide sulfurique, ces électrodes produisaient une tension beaucoup plus élevée que les cellules conventionnelles, résultant en des densités d'énergie et de puissance beaucoup plus élevées pour le supercondensateur. Plus loin, ils ont vu que même après 10, 000 cycles de charge et de décharge, l'électrode est restée très stable. Le nanodiamant dopé au bore avait fait ses preuves.

Fort de ce succès, les scientifiques se sont alors aventurés à explorer si ce matériau d'électrode donnerait les mêmes résultats si l'électrolyte était remplacé par une solution saturée de perchlorate de sodium, qui est connu pour permettre la production d'une tension plus élevée que ce qui est possible avec l'électrolyte d'acide sulfurique classique. En effet, la tension déjà élevée générée s'est considérablement étendue dans cette configuration. Ainsi, comme l'a dit le Dr Kondo, « les électrodes en nanodiamant dopé au bore sont utiles pour les supercondensateurs aqueux, qui fonctionnent comme des dispositifs de stockage à haute énergie adaptés à la charge et à la décharge à grande vitesse."

On dirait que les diamants pourraient conduire nos vies électroniques et physiques dans un avenir proche.