Professeur Jie Tang, Chef de Groupe du Groupe de Recherche Nanomatériaux 1D de l'Unité de Traitement des Matériaux, Institut national des sciences des matériaux, et M. Qian Cheng, un doctorant et NIMS Junior Researcher dans le même Groupe, ont réussi à augmenter considérablement la densité énergétique des supercondensateurs, qui servent à stocker l'énergie électrique.
Professeur Jie Tang, Chef de Groupe du Groupe de Recherche Nanomatériaux 1D de l'Unité de Traitement des Matériaux, Institut national des sciences des matériaux, et M. Qian Cheng, un doctorant et NIMS Junior Researcher dans le même Groupe, ont réussi à augmenter considérablement la densité énergétique des supercondensateurs, qui servent à stocker l'énergie électrique. Ceci a été réalisé en développant une nouvelle électrode dans laquelle des nanofeuilles de graphène sont empilées dans une structure en couches avec des nanotubes de carbone pris en sandwich entre les couches de graphène.
Diverses nouvelles batteries, tels que les batteries nickel-hydrure métallique, sont actuellement en cours de développement dans le but d'atteindre un rendement plus élevé et un stockage d'énergie plus élevé pour les alimentations électriques. Par rapport aux piles, les condensateurs ont une plus grande densité de puissance de sortie pour permettre une charge rapide, excellente durabilité pour permettre des opérations à des températures extrêmes plus élevées et plus basses, meilleure cyclicité pour recharger de manière répétée sur une longue période, et sont également plus sûrs. Cependant, réaliser une densité d'énergie élevée en raison de la capacité spécifique relativement faible des dispositifs à condensateur conventionnels a été un grand défi technique.
Afin d'obtenir une augmentation révolutionnaire de la densité de stockage d'énergie, Professeur Tang et son équipe, en collaboration avec le professeur Lu-Chang Qin de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill aux États-Unis, ont conçu et développé une structure composite à base de graphène, dans lequel le graphène est utilisé comme matériau de base des électrodes du condensateur et des nanotubes de carbone (CNT) sont insérés entre les feuilles de graphène. Dans cette structure, le graphène offre une surface spécifique beaucoup plus grande (2630 m 2 /g) que les matériaux conventionnels et les NTC fonctionnent comme espaceurs ainsi que comme chemins conducteurs pour permettre l'adsorption d'une plus grande quantité d'ions électrolytes sur la surface du graphène. Avec ce composite graphène-CNT comme électrodes de condensateur, Le professeur Tang a obtenu une densité énergétique élevée de 62,8 Wh/kg et une densité de puissance de sortie de 58,5 kW/kg en utilisant un électrolyte organique. En utilisant un liquide ionique comme électrolyte, ils ont atteint une densité énergétique de 155,6 Wh/kg, comparable à celui des batteries nickel-hydrure métallique.
Parmi les nombreuses applications industrielles des condensateurs, les nouveaux condensateurs développés dans cette recherche offrent des promesses comme sources d'énergie pour les véhicules électriques et hybrides, qui nécessitent une densité énergétique élevée. Étant donné que les processus de production actuels sont également peu coûteux et peuvent être étendus, de grandes attentes sont placées sur les applications pratiques.
