En combinant les pouvoirs de deux structures carbonées d'un seul atome d'épaisseur, des chercheurs du laboratoire de micro-propulsion et de nanotechnologie de l'université George Washington ont créé un nouveau ultracondensateur à la fois performant et peu coûteux.

Le dispositif, décrit dans le Journal de physique appliquée , capitalise sur la synergie apportée par le mélange de paillettes de graphène avec des nanotubes de carbone monoparoi, deux nanostructures de carbone aux propriétés complémentaires.

Les ultracondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie gonflés qui contiennent de grandes quantités d'énergie et peuvent également libérer rapidement cette énergie lors d'une surtension. En combinant les propriétés de haute densité énergétique des batteries avec les propriétés de haute densité de puissance des condensateurs conventionnels, les ultracondensateurs peuvent booster les performances des véhicules électriques, électronique de poche, systèmes audio et plus.

Les nanotubes de carbone à paroi unique et le graphène ont tous deux une électronique unique et excellente, thermique, et des propriétés mécaniques qui en font des matériaux attractifs pour la conception de nouveaux ultracondensateurs, dit Jian Li, premier auteur sur le papier. De nombreux groupes avaient exploré l'utilisation des deux matériaux séparément, mais peu avaient envisagé de les combiner, il a dit.

"Dans notre laboratoire, nous avons développé une approche par laquelle nous pouvons obtenir à la fois des nanotubes de carbone monoparoi et du graphène, nous avons donc eu l'idée de profiter ensemble des deux nanomatériaux de carbone prometteurs, " a ajouté Michael Keidar, professeur au Département de génie mécanique et aérospatial de la Faculté de génie et des sciences appliquées de GW, et directeur du Laboratoire de micropropulsion et de nanotechnologie.

Les chercheurs ont synthétisé les flocons de graphène et les nanotubes en vaporisant une tige de graphite creuse remplie de poudre de catalyseur métallique avec un arc électrique. Ils ont ensuite mélangé les deux nanostructures pour former une encre qu'ils ont roulée sur du papier, un séparateur commun pour les condensateurs commerciaux actuels.

La capacité spécifique du dispositif combiné, une mesure des performances d'un condensateur par unité de poids, était trois fois supérieure à la capacité spécifique d'un dispositif composé uniquement de nanotubes de carbone.

L'avantage de la structure hybride, Li a expliqué, est que les flocons de graphène offrent une surface spécifique élevée et une bonne conductivité dans le plan, tandis que les nanotubes de carbone relient toutes les structures pour former un réseau uniforme.

Alors que d'autres types d'ultracondensateurs ont également atteint la capacité spécifique élevée de l'hybride graphène/nanotube, disent les chercheurs, le principal avantage de l'approche combinée est son faible coût, puisque l'équipe a développé un moyen simple de fabriquer de grandes quantités du mélange souhaitable de nanostructures de carbone.

L'ultracondensateur hybride est également petit et léger, un avantage car les appareils électroniques deviennent de plus en plus petits.