Alors que le chanvre fait son retour aux États-Unis après une interdiction de sa culture pendant des décennies, les scientifiques rapportent que les fibres de la plante peuvent contenir autant d'énergie et de puissance que le graphène, longtemps vanté comme matériau modèle pour les supercondensateurs. Ils présentent leurs recherches, qu'une start-up canadienne travaille à la mise à l'échelle, à la 248e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS).

David Mitlin, Doctorat., explique que les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie qui ont un énorme potentiel pour transformer la façon dont les futurs appareils électroniques sont alimentés. Contrairement aux piles rechargeables d'aujourd'hui, qui consomment de l'énergie pendant plusieurs heures, les supercondensateurs peuvent se charger et se décharger en quelques secondes. Mais ils ne peuvent normalement pas stocker autant d'énergie que les batteries, une propriété importante connue sous le nom de densité d'énergie. Une approche que les chercheurs adoptent pour augmenter la densité énergétique des supercondensateurs consiste à concevoir de meilleures électrodes. L'équipe de Mitlin a trouvé comment les fabriquer à partir de certaines fibres de chanvre et elles peuvent contenir autant d'énergie que le principal concurrent actuel :le graphène.

« Les performances électrochimiques de notre appareil sont égales ou supérieures à celles des appareils à base de graphène, " dit Mitlin. " Le principal avantage est que nos électrodes sont fabriquées à partir de biodéchets à l'aide d'un processus simple, et donc, sont beaucoup moins chers que le graphène."

La course vers le supercondensateur idéal s'est largement concentrée sur le graphène, un puissant matériau léger constitué de couches de carbone d'épaisseur atomique, qui une fois empilé, peuvent être transformés en électrodes. Les scientifiques étudient comment ils peuvent tirer parti des propriétés uniques du graphène pour construire de meilleures cellules solaires, systèmes de filtration d'eau, technologie d'écran tactile, ainsi que des batteries et des supercondensateurs. Le problème c'est que c'est cher.

Le groupe de Mitlin a décidé de voir s'ils pouvaient fabriquer des carbones de type graphène à partir de fibres libériennes de chanvre. Les fibres proviennent de l'écorce interne de la plante et sont souvent jetées des industries canadiennes à croissance rapide qui utilisent le chanvre pour les vêtements, matériaux de construction et autres produits. Les États-Unis pourraient bientôt devenir un autre fournisseur de liber. Il permet désormais une culture limitée du chanvre, qui contrairement à son proche cousin, n'induit pas d'euphorie.

Les scientifiques soupçonnaient depuis longtemps que le liber de chanvre avait plus de valeur - il s'agissait simplement de trouver la bonne façon de traiter le matériau.

"Nous avons à peu près compris la sauce secrète de celui-ci, " dit Mitline, qui est maintenant à l'Université Clarkson à New York. "L'astuce consiste à vraiment comprendre la structure d'un matériau de départ et à ajuster la façon dont il est traité pour vous donner ce que l'on appellerait à juste titre des propriétés étonnantes."

Son équipe a découvert que s'ils chauffaient les fibres pendant 24 heures à un peu plus de 350 degrés Fahrenheit, puis sablé le matériau résultant avec une chaleur plus intense, il s'exfolierait en nanofeuillets de carbone.

L'équipe de Mitlin a construit ses supercondensateurs en utilisant les carbones dérivés du chanvre comme électrodes et un liquide ionique comme électrolyte. Entièrement assemblé, les dispositifs fonctionnent bien mieux que les supercondensateurs commerciaux à la fois en termes de densité d'énergie et de plage de températures sur laquelle ils peuvent fonctionner. Les appareils à base de chanvre ont produit des densités d'énergie pouvant atteindre 12 watts-heures par kilogramme, deux à trois fois plus élevé que ses homologues commerciaux. Ils fonctionnent également sur une plage de température impressionnante, du gel à plus de 200 degrés Fahrenheit.

« Nous avons dépassé l'étape de la preuve de principe pour le supercondensateur entièrement fonctionnel, ", dit-il. "Maintenant, nous nous préparons à la fabrication à petite échelle."