Les batteries lithium-ion pourraient être menacées après le développement de matériaux polymères par les universités de Surrey et de Bristol, avec Superdielectrics Ltd, qui pourraient remettre en cause la dominance de ces batteries traditionnelles.

Il y a seulement un an, les partenaires ont annoncé des résultats scientifiques pour de nouveaux matériaux polymères ayant des propriétés diélectriques 1, 000 à 10, 000 fois supérieur aux électrolytes existants (conducteurs électriques). Ces découvertes scientifiques étonnantes ont maintenant été converties en démonstrations techniques à l'échelle d'un « appareil ».

Des chercheurs des universités ont atteint des valeurs de capacité pratiques allant jusqu'à 4F/cm2 sur des électrodes en feuille métallique lisses et peu coûteuses. Les supercondensateurs existants sur le marché atteignent généralement 0,3F/cm2 en fonction des électrodes de surface étendues complexes.

Plus significativement, les chercheurs ont réussi à obtenir des résultats de 11-20F/cm2 lorsque les polymères ont été utilisés avec des électrodes en acier inoxydable spécialement traitées – dont les détails sont gardés confidentiels en attendant une demande de brevet.

Si ces valeurs de capacité peuvent être atteintes en production, il pourrait potentiellement voir des supercondensateurs atteindre des densités d'énergie allant jusqu'à 180 Wh/kg, soit plus que les batteries lithium-ion.

Les supercondensateurs stockent l'énergie à l'aide d'électrodes et d'électrolytes et chargent et fournissent de l'énergie rapidement - les batteries conventionnelles effectuent la même tâche dans un temps beaucoup plus lent, manière plus soutenue. Les supercondensateurs ont la capacité de se charger et de se décharger rapidement sur un très grand nombre de cycles. Cependant, parce que les supercondensateurs existants ont une faible densité d'énergie par kilogramme (actuellement environ un vingtième de la technologie de batterie existante), ils ont été incapables de rivaliser avec le stockage d'énergie par batterie conventionnel. Même avec cette restriction, des bus à supercondensateurs sont déjà utilisés en Chine, mais la technologie actuelle nécessite qu'ils s'arrêtent pour être rechargés fréquemment (c'est-à-dire à presque tous les arrêts de bus).

L'équipe de scientifiques a pu tester les nouveaux matériaux de deux manières :

• En utilisant de petites cellules monocouches chargées à 1,5 volts pendant deux à cinq minutes, puis en exécutant des appareils de démonstration, y compris un petit ventilateur.
• En utilisant une pile en série à trois cellules capable d'être rapidement chargée à cinq volts et de faire fonctionner une LED.

L'Université de Bristol va beaucoup plus loin en produisant une structure cellulaire complexe série-parallèle dans laquelle la capacité totale et la tension de fonctionnement peuvent être contrôlées séparément.

Sur la base de ces résultats impressionnants, Superdiélectriques Ltd, l'entreprise derrière cette technologie, cherche maintenant à construire un centre de recherche et de production à faible volume. En cas de succès dans la production, le matériau pourrait non seulement être utilisé comme batterie pour les futurs appareils mobiles, mais pourrait également être utilisé dans les stations de ravitaillement pour les voitures électriques.

Dr Brendan Howlin, Maître de conférences en chimie computationnelle à l'Université de Surrey, a déclaré : « Ces résultats sont extrêmement excitants et il est difficile de croire que nous sommes allés si loin en si peu de temps. Nous pourrions être au début d'un nouveau chapitre dans la technologie de stockage d'énergie électrique à faible coût qui pourrait façonner l'avenir de l'industrie et de la société pour de nombreuses années à venir."

Dr Donald Highgate, Directeur de recherche pour Superdielectrics Ltd et ancien élève de l'Université de Surrey, a déclaré : « Ces résultats passionnants me sont particulièrement satisfaisants car ils s'appuient sur mon travail sur les polymères hydrophiles qui a constitué une partie importante de ma vie professionnelle ; à partir de la fin des années 1970 avec des lentilles de contact souples à port prolongé, et leader dans la période 1990 à 2009, aux piles à combustible et électrolyseurs d'une efficacité exceptionnelle.

« Le présent travail, s'il peut être traduit en production, promet de rendre possible la recharge rapide des véhicules électriques, en plus d'offrir une méthode à faible coût indispensable pour stocker la sortie transitoire des systèmes d'énergie renouvelable. Vent, l'énergie houlomotrice et solaire est disponible mais elle est intermittente et, sans stockage, ne permet pas de répondre à nos besoins énergétiques. Ce nouveau travail transformerait le système énergétique qui sous-tend tout notre mode de vie - c'est le développement nécessaire avant que nous et nos enfants puissions avoir une vie véritablement durable, un approvisionnement énergétique respectueux de l'environnement."

Dr Ian Hamerton, Lecteur en polymères et matériaux composites du Département de génie aérospatial de l'Université de Bristol, a commenté : « Après le dévoilement des résultats préliminaires lors de la première conférence de presse il y a tout juste 14 mois, l'équipe a travaillé dur pour augmenter encore la capacité de stockage de ces matériaux innovants. Notre principal défi est maintenant de traduire ces découvertes scientifiques en dispositifs d'ingénierie robustes et de libérer leur potentiel révolutionnaire. »