(PhysOrg.com) -- Les scientifiques savent que l'utilisation de supercondensateurs en conjonction avec des batteries pourrait considérablement augmenter l'économie de carburant des véhicules électriques hybrides (HEV) en raison du fait que les supercondensateurs peuvent récupérer et fournir de l'énergie beaucoup plus rapidement que les batteries. Cette capacité, par exemple, permet à un supercondensateur de récupérer toute l'énergie lors d'un freinage brutal, tandis qu'une batterie permettrait de gaspiller l'énergie dans le freinage par friction en raison de son incapacité à récupérer rapidement l'énergie.

"Les batteries ne peuvent pas récolter ou fournir rapidement de l'énergie, » Rajesh Rajamani, professeur de génie mécanique à l'Université du Minnesota, Raconté PhysOrg.com . « Lorsqu'un véhicule doit freiner rapidement, des freins à friction doivent être utilisés en plus des freins électromagnétiques, car les freins électromagnétiques ne peuvent pas charger une batterie assez rapidement pour décélérer le véhicule aussi rapidement que le souhaite le conducteur. Contrairement aux piles, un supercondensateur peut récolter et fournir de l'énergie très rapidement.

Cependant, L'un des plus grands défis auxquels les chercheurs sont confrontés dans la mise en œuvre de supercondensateurs dans les HEV est de trouver une place sous le capot pour installer les appareils encombrants. Une partie de la raison pour laquelle les supercondensateurs sont encombrants est qu'ils utilisent souvent un électrolyte liquide dangereux qui doit être scellé et logé, et ces matériaux de protection ajoutent du poids et du volume aux appareils.

Pour éviter ce problème, Rajamani et ses collègues Shan Hu de l'Université du Minnesota et Xun Yu de l'Université du Texas du Nord ont conçu un supercondensateur entièrement à semi-conducteurs, y compris un électrolyte à l'état solide qui ne nécessite pas de matériaux de protection encombrants. Le nouveau supercondensateur est compétitif par rapport aux supercondensateurs commerciaux, il est pourtant suffisamment fin et flexible pour pouvoir s'adapter presque n'importe où dans un HEV, éventuellement même monté sur les surfaces intérieures de la carrosserie du véhicule. Les chercheurs ont publié leur étude sur le flexible, supercondensateurs à semi-conducteurs dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

« Les HEV sur le marché aujourd'hui n'ont pas de supercondensateurs, », a déclaré Rajamani. «Plusieurs groupes de recherche ont travaillé sur l'utilisation de supercondensateurs avec des batteries dans les véhicules électriques hybrides pour fournir une meilleure économie de carburant et une réponse plus rapide du véhicule. Nos recherches leur fournissent un nouveau supercondensateur qui est flexible et à semi-conducteurs et ne nécessite pas d'espace dans le capot ou le coffre.

Le nouveau supercondensateur à semi-conducteurs se compose de papier de coton enduit de nanotubes de carbone à paroi unique en tant qu'électrodes et d'un polymère solide en tant qu'électrolyte. Pour les électrodes, les chercheurs ont utilisé le papier de coton qui est normalement utilisé pour les masques faciaux cosmétiques, car il est plus léger et absorbant que le papier d'impression. Après avoir coupé le papier de coton à la forme désirée, les chercheurs ont plongé à plusieurs reprises le papier dans une solution de nanotubes traités à l'acide, qui adhère fortement au papier.

Pour l'électrolyte, les chercheurs ont mélangé et chauffé une solution de polymère qui ressemblait à l'origine à un liquide clair, gel semblable à de la colle. Mais après avoir plongé les électrodes finies dans le gel, assembler les électrodes face à face et laisser sécher le tout, l'excès d'eau s'est évaporé et l'électrolyte s'est solidifié.

« La plus grande importance de notre travail est qu'il a abouti à un supercondensateur flexible et à l'état solide, », a déclaré Rajamani. « D'autres chercheurs ont déjà utilisé des nanotubes de carbone dans les électrodes des supercaps. Cependant, leurs supercaps utilisaient également des électrolytes liquides et n'étaient donc ni entièrement solides ni flexibles.

Dans les essais, le supercondensateur pourrait être chargé à plus de 3 volts, ce qui est bénéfique pour atteindre une densité énergétique élevée, ou permettant de stocker plus d'énergie dans un volume donné. Les autres spécifications du supercondensateur – une capacité spécifique de 13,15 F/g et une énergie spécifique de 5,54 Wh/kg – sont très similaires aux valeurs des supercondensateurs commerciaux. Plus, sa souplesse lui permet de se plier pour une insertion aisée dans les petits espaces, ce qui pourrait le rendre utile pour l'électronique portable ainsi que pour les VHE.

Le plus gros inconvénient du nouveau supercondensateur est sa haute résistance, ce qui se traduit par une faible densité de puissance globale et donc un taux de recharge lent. Les chercheurs pensent que la raison de la résistance élevée est due aux électrodes en papier-nanotube, qui ont une résistance plus élevée que les électrodes métalliques. Cependant, ils prédisent que le revêtement du papier de coton avec une solution de nanotubes de densité plus élevée peut réduire la résistance, et ils prévoient de travailler davantage sur cette question à l'avenir.

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