Faire un pas important vers l'amélioration de la fourniture d'énergie des systèmes allant des réseaux électriques urbains au freinage régénératif dans les véhicules hybrides, des chercheurs de l'école d'ingénierie et de sciences appliquées UCLA Henry Samueli ont synthétisé un matériau qui présente une capacité élevée à la fois pour le stockage rapide et la libération d'énergie.

Dans un article publié le 14 avril dans la revue à comité de lecture Matériaux naturels , une équipe dirigée par le professeur de science et d'ingénierie des matériaux Bruce Dunn définit les caractéristiques d'une forme synthétisée d'oxyde de niobium - un composé basé sur un élément utilisé dans l'acier inoxydable - avec une grande facilité de stockage d'énergie. Le matériau serait utilisé dans un "supercondensateur, " un appareil qui combine la capacité de stockage élevée des batteries lithium-ion et la capacité de livraison d'énergie rapide des condensateurs courants.

Les chercheurs de l'UCLA ont déclaré que le développement pourrait conduire à une charge extrêmement rapide des appareils, allant de l'électronique mobile aux équipements industriels. Par exemple, les supercondensateurs sont actuellement utilisés dans les systèmes de capture d'énergie qui aident à alimenter les grues de chargement dans les ports, réduire l'utilisation de carburants hydrocarbonés tels que le diesel.

"Avec ce travail, nous brouillons les frontières entre ce qu'est une batterie et ce qu'est un supercondensateur, " dit Veronica Augustyn, un étudiant diplômé en science des matériaux à l'UCLA et auteur principal de l'article. "La découverte prend les inconvénients des condensateurs et les inconvénients des batteries et les supprime."

Les batteries stockent efficacement l'énergie mais ne fournissent pas de puissance efficacement car les porteurs chargés, ou des ions, déplacez-vous lentement à travers le matériau solide de la batterie. Condensateurs, qui stockent de l'énergie à la surface d'un matériau, ont généralement de faibles capacités de stockage.

Les chercheurs de l'équipe de Dunn ont synthétisé un type d'oxyde de niobium qui démontre une capacité de stockage substantielle grâce à une « pseudocapacité d'intercalation, " dans lequel des ions sont déposés dans la masse de l'oxyde de niobium de la même manière que des grains de sable peuvent être déposés entre des cailloux.

Par conséquent, des électrodes jusqu'à 40 microns d'épaisseur (environ la même largeur que de nombreux composants de batterie commerciaux) peuvent rapidement stocker et fournir de l'énergie sur les mêmes échelles de temps que des électrodes plus de 100 fois plus fines.

Dunn souligne que bien que les électrodes soient une première étape importante, "Une ingénierie plus poussée à l'échelle nanométrique et au-delà sera nécessaire pour réaliser des dispositifs pratiques à haute densité d'énergie qui peuvent se charger en moins d'une minute."