Peu importe à quel point leur nom est intimidant, les supercondensateurs font partie de notre quotidien. Prenons l'exemple des bus :les supercondensateurs se chargent lors du freinage, et fournir de l'électricité pour ouvrir les portes lorsque le véhicule s'arrête. Pourtant, l'organisation moléculaire et le fonctionnement de ces dispositifs de stockage d'électricité n'avaient pas été observés auparavant. Pour la première fois, des chercheurs du CNRS et de l'Université d'Orléans ont exploré les réarrangements moléculaires en jeu dans les supercondensateurs disponibles dans le commerce en cours de fonctionnement. La technique imaginée par les scientifiques offre un nouvel outil pour optimiser et améliorer les supercondensateurs de demain. Les résultats sont publiés en ligne sur Matériaux naturels ' le 17 février 2013.

Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'électricité très différents des batteries. Contrairement aux piles, les supercondensateurs se chargent beaucoup plus rapidement (généralement en quelques secondes), et ne subissent pas d'usure rapide due à la charge/décharge. D'autre part, à taille équivalente et bien qu'ils offrent une plus grande puissance, elles ne peuvent pas stocker autant d'énergie électrique que les batteries (les supercapacités à base de carbone fournissent une densité énergétique d'environ 5 Wh/kg contre environ 100 Wh/kg pour les batteries lithium-ion). Les supercapacités sont utilisées pour récupérer l'énergie de freinage dans de nombreux véhicules (voitures, les autobus, les trains, etc.) et d'ouvrir les issues de secours de l'Airbus A380.

Un supercondensateur stocke l'électricité grâce à l'interaction entre des électrodes de carbone nanoporeux et des ions, qui portent des charges positives et négatives, et se déplacer dans un liquide appelé électrolyte. Lors de la charge, les anions (ions chargés négativement) sont remplacés par des cations (ions chargés positivement) dans l'électrode négative et vice versa. Plus cet échange est important et plus la surface de carbone disponible est élevée, plus la capacité du supercondensateur est grande.

En utilisant la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), les chercheurs ont approfondi ce phénomène et ont pu, pour la première fois, quantifier la proportion dans laquelle s'effectuent les échanges de charges dans deux supercapacités utilisant des carbones disponibles dans le commerce. En comparant deux matériaux carbonés nanoporeux, les chercheurs ont pu montrer que le supercondensateur contenant le carbone avec la structure la plus désordonnée avait une plus grande capacité et une meilleure tolérance aux hautes tensions. Cela pourrait être dû à une meilleure répartition des charges électroniques au contact des molécules d'électrolyte.