(Phys.org) —Le graphène – le matériau le plus fin au monde isolé à l'Université de Manchester – pourrait rendre les batteries légères, durable et adapté au stockage d'énergie de grande capacité à partir de la production d'énergie renouvelable.

Manchester est la patrie du graphène, car l'allotrope de carbone « bidimensionnel » d'un atome d'épaisseur a été isolé pour la première fois ici en 2004. L'Université de Manchester est une centrale électrique pour la recherche appliquée et fondamentale sur le graphène, avec l'Institut national du graphène en tête.

Le graphène promet une révolution dans le génie électrique et chimique. C'est un conducteur puissant, extrêmement léger, chimiquement inerte et flexible avec une grande surface. Il pourrait être le candidat idéal pour le stockage d'énergie de grande capacité.

Peu de temps après l'isolement du graphène, les premières recherches ont déjà montré que les batteries au lithium avec du graphène dans leurs électrodes avaient une capacité et une durée de vie supérieures à celles des conceptions standard.

Un nouveau projet « Stockage d'énergie électrochimique avec des matériaux compatibles avec le graphène » explore différentes façons de réduire la taille et le poids des batteries et de prolonger leur durée de vie en ajoutant du graphène comme matériau de composant.

"Mais avant de construire les batteries, nous devons savoir comment le graphène va interagir avec les composants chimiques - en particulier les électrolytes, " commente le professeur Andrew Forsyth de la School of Electronics and Electrical Engineering.

Son collègue, le professeur Robert Dryfe de la School of Chemistry, réalise des expériences pour analyser les interactions chimiques entre le graphène et les ions lithium. Le professeur Dryfe explore également la rapidité avec laquelle les électrons sont transférés à travers le graphène et l'amplitude de la capacité - la quantité d'énergie électrique qui peut être stockée sur les surfaces de graphène.

Les universitaires travaillent avec un certain nombre de partenaires commerciaux, dont Rolls-Royce, Sharp et Morgan Advanced Materials. Le partenariat commercial est crucial pour développer les futures applications du graphène. Graphene@Manchester travaille actuellement avec plus de 30 entreprises du monde entier sur des projets de recherche et des applications.

Un autre axe du projet est les supercondensateurs à base de graphène, qui ont tendance à avoir une capacité de puissance élevée et une durée de vie plus longue que les batteries, mais une capacité de stockage d'énergie inférieure. Néanmoins, elles sont très prometteuses pour compléter les batteries dans le cadre d'une solution de stockage intégrée.

Selon le professeur Forsyth, une combinaison de batteries au graphène et de supercondensateurs pourrait donner un sérieux coup de fouet aux ventes de voitures électriques. Aujourd'hui, ces véhicules verts fonctionnent avec des batteries pesant 200 kg, soit jusqu'à trois passagers. En réduisant le poids des batteries, le graphène devrait augmenter l'efficacité des véhicules et augmenter l'autonomie des voitures électriques au-delà de 100 km - une limitation qui empêche actuellement leur adoption généralisée.

« Si nous pouvons étendre les distances que les voitures peuvent parcourir entre les points de recharge, nous les rendrons instantanément plus populaires, " déclare le professeur Forsyth. " Mais comment les batteries supporteront-elles les contraintes réelles de la conduite ? Les voitures électriques – comme tous les autres véhicules – ne sont pas conduites en douceur. Les pics dramatiques de la demande d'énergie à mesure que les conducteurs accélèrent stresseront la batterie et limiteront potentiellement sa durée de vie."

Pour tester si les prototypes de batteries au graphène et de supercondensateurs sont à la hauteur, Le professeur Forsyth les exposera à des contraintes du monde réel qui imitent différents profils de conduite. « On peut même tester la technologie pour conduire dans des conditions climatiques extrêmes, " a-t-il ajouté. " De nombreuses batteries ont du mal à fonctionner dans des conditions froides, mais notre chambre météo révélera toutes les faiblesses."

Bien sûr, Le stockage à base de graphène ne se limite pas au transport. Il pourrait jouer un rôle majeur dans l'avenir du National Grid alors que la Grande-Bretagne devient de plus en plus dépendante des énergies renouvelables. « Si nous comptons sur l'énergie solaire et éolienne pour produire de l'énergie, que se passera-t-il lorsque les nuages ​​bloqueront le soleil et que le vent ne sera qu'un jeu d'enfant ?", demande le professeur Forsyth. "Si nous pouvons développer un stockage électrique de grande capacité, les opérateurs pourront stocker de l'électricité pendant les périodes de faible production."

Un système de batterie et de convertisseur à l'échelle du réseau est en cours d'installation sur le campus de Manchester pour tester le stockage électrique à grande échelle. Les chercheurs utiliseront le système de batterie pour développer des méthodes permettant de contrôler le flux d'électricité et de réconcilier les différences entre la production d'électricité et la demande locale.