Un nouveau supercondensateur pliable à base de graphène, qui se charge rapidement et en toute sécurité stocke un niveau d'énergie record pour une utilisation sur une longue période. Crédit :Dr Zhuangnan Li (UCL)
Au stade de la preuve de concept, il montre un énorme potentiel en tant qu'alimentation électrique portable dans plusieurs applications pratiques, y compris les véhicules électriques, téléphones et technologies portables.
La découverte, publié aujourd'hui dans Énergie naturelle , résout le problème rencontré par les hautes puissances, supercondensateurs à charge rapide - qu'ils ne peuvent généralement pas contenir une grande quantité d'énergie dans un petit espace.
Premier auteur de l'étude, Dr Zhuangnan Li (UCL Chimie), a déclaré : « Notre nouveau supercondensateur est extrêmement prometteur pour la technologie de stockage d'énergie de nouvelle génération en remplacement de la technologie de batterie actuelle, ou à utiliser à côté, pour fournir à l'utilisateur plus de puissance.
"Nous avons conçu des matériaux qui donneraient à notre supercondensateur une densité de puissance élevée - c'est-à-dire à quelle vitesse il peut se charger ou se décharger - et une densité d'énergie élevée - qui déterminera combien de temps il peut fonctionner. Normalement, vous ne pouvez avoir qu'une seule de ces caractéristiques mais notre supercondensateur fournit les deux, ce qui est une percée critique.
"De plus, le supercondensateur peut se plier à 180 degrés sans affecter les performances et n'utilise pas d'électrolyte liquide, ce qui minimise tout risque d'explosion et le rend parfait pour l'intégration dans des téléphones flexibles ou des appareils électroniques portables."
Une équipe de chimistes, ingénieurs et physiciens ont travaillé sur le nouveau design, qui utilise un matériau d'électrode innovant en graphène avec des pores dont la taille peut être modifiée pour stocker la charge plus efficacement. Ce réglage maximise la densité énergétique du supercondensateur à un record de 88,1 Wh/L (Watt-heure par litre), qui est la densité d'énergie la plus élevée jamais rapportée pour les supercondensateurs à base de carbone.
Une technologie commerciale similaire à charge rapide a une densité énergétique relativement faible de 5 à 8 Wh/L et les batteries au plomb traditionnelles à charge lente mais longue durée utilisées dans les véhicules électriques ont généralement 50 à 90 Wh/L.
Un nouveau supercondensateur pliable fabriqué à partir de graphène peut se plier à 180 degrés sans affecter les performances et n'utilise pas d'électrolyte liquide, ce qui minimise tout risque d'explosion et le rend parfait pour l'intégration dans des téléphones flexibles ou des appareils électroniques portables. Crédit :Dr Zhuangnan Li (UCL)
Alors que le supercondensateur développé par l'équipe a une densité d'énergie comparable à la valeur de pointe des batteries au plomb, sa densité de puissance est supérieure de deux ordres de grandeur à plus de 10, 000 watts par litre.
Auteur principal et doyen des sciences mathématiques et physiques de l'UCL, Professeur Ivan Parkin (UCL Chimie), a déclaré : « Stocker avec succès une énorme quantité d'énergie en toute sécurité dans un système compact est une étape importante vers une technologie de stockage d'énergie améliorée. Nous avons montré qu'il se charge rapidement, nous pouvons contrôler sa sortie et il a une excellente durabilité et flexibilité, le rendant idéal pour le développement pour une utilisation dans l'électronique miniaturisée et les véhicules électriques. Imaginez n'avoir besoin que de dix minutes pour recharger complètement votre voiture électrique ou de quelques minutes pour votre téléphone et que cela dure toute la journée."
Les chercheurs ont fabriqué des électrodes à partir de plusieurs couches de graphène, créer un dense, mais matériau poreux capable de piéger des ions chargés de tailles différentes. Ils l'ont caractérisé en utilisant une gamme de techniques et ont trouvé qu'il fonctionnait mieux lorsque la taille des pores correspondait au diamètre des ions dans l'électrolyte.
La matière optimisée, qui forme un film mince, a été utilisé pour construire un dispositif de preuve de concept avec à la fois une puissance élevée et une densité d'énergie élevée.
Le supercondensateur de 6 cm x 6 cm était composé de deux électrodes identiques superposées de chaque côté d'une substance semblable à un gel qui agissait comme un milieu chimique pour le transfert de charge électrique. Cela a été utilisé pour alimenter des dizaines de diodes électroluminescentes (LED) et s'est avéré très robuste, souple et stable.
Même plié à 180 degrés, il fonctionnait presque de la même manière que lorsqu'il était plat, et après 5, 000 cycles, il a conservé 97,8 % de sa capacité.
Auteur principal, Professeur Feng Li (Académie chinoise des sciences), dit :« Au cours des trente prochaines années, le monde de la technologie intelligente va s'accélérer, qui va grandement changer la communication, transports et notre vie quotidienne. En rendant le stockage d'énergie plus intelligent, les appareils deviendront invisibles pour nous en travaillant automatiquement et de manière interactive avec les appareils. Nos cellules intelligentes sont un excellent exemple de la façon dont l'expérience utilisateur pourrait être améliorée et elles présentent un énorme potentiel en tant qu'alimentation électrique portable dans les applications futures. »
