Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Tohoku au Japon a développé de nouveaux matériaux pour les supercondensateurs avec une tension plus élevée et une meilleure stabilité que les autres matériaux. Leurs recherches ont été récemment publiées dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement .

Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie rechargeables avec une large gamme d'applications, des machines aux compteurs intelligents. Ils offrent de nombreux avantages par rapport aux batteries, y compris une charge plus rapide et des durées de vie plus longues, mais ils ne sont pas si bons pour stocker beaucoup d'énergie.

Les scientifiques recherchent depuis longtemps des matériaux hautes performances pour les supercondensateurs capables de répondre aux exigences des applications énergivores telles que les voitures. « Il est très difficile de trouver des matériaux capables à la fois de fonctionner à haute tension et de rester stables dans des conditions difficiles, " dit Hirotomo Nishihara, scientifique des matériaux à l'Université de Tohoku et co-auteur de l'article.

Nishihara et ses collègues ont collaboré avec la société de production de supercondensateurs TOC Capacitor Co. pour développer un nouveau matériau qui présente une stabilité extraordinairement élevée dans des conditions de haute tension et de haute température.

Les charbons actifs sont utilisés pour les électrodes des condensateurs, mais ceux-ci sont limités par la basse tension dans les cellules individuelles, les blocs de construction qui composent les condensateurs. Cela signifie qu'un grand nombre de cellules doivent être empilées pour atteindre la tension requise. Surtout, le nouveau matériau a une tension monocellulaire plus élevée, réduisant le nombre d'empilement et permettant aux appareils d'être plus compacts.

Le nouveau matériau est une feuille constituée d'un cadre tridimensionnel continu de mésosponge de graphène, un matériau à base de carbone contenant des pores nanométriques. Une caractéristique clé des matériaux est qu'il est sans couture - il contient un très petit nombre de bords en carbone, les sites d'origine des réactions de corrosion, et cela le rend extrêmement stable.

Les chercheurs ont étudié les propriétés physiques de leur nouveau matériau en utilisant la microscopie électronique et une série de tests physiques, y compris les techniques de diffraction des rayons X et de spectroscopie vibrationnelle. Ils ont également testé des matériaux commerciaux à base de graphène, y compris les nanotubes de carbone monoparoi, oxydes de graphène réduits, et du graphène 3D, en utilisant les charbons actifs comme référence de comparaison.

Ils ont montré que le matériau avait une excellente stabilité à des températures élevées de 60 °C et une tension élevée de 3,5 volts dans un électrolyte organique conventionnel. Significativement, il a montré une stabilité ultra-élevée à 25 °C et 4,4 volts, soit 2,7 fois plus que les charbons actifs conventionnels et d'autres matériaux à base de graphène. "Il s'agit d'un record mondial de stabilité de tension des matériaux carbonés dans un supercondensateur symétrique, " dit Nishihara.

Le nouveau matériau ouvre la voie au développement de matériaux hautement durables, des supercondensateurs haute tension qui pourraient être utilisés pour de nombreuses applications, y compris les véhicules à moteur.