Des chimistes et des ingénieurs de l'Oregon State University ont découvert une nouvelle façon fascinante de prendre une partie du dioxyde de carbone atmosphérique qui est à l'origine de l'effet de serre et de l'utiliser pour fabriquer un produit avancé, matériau de grande valeur destiné à être utilisé dans des produits de stockage d'énergie.

Cette innovation en nanotechnologie n'absorbera pas assez de carbone pour résoudre le réchauffement climatique, disent les chercheurs. Cependant, il fournira un environnement respectueux, moyen peu coûteux de fabriquer du graphène nanoporeux pour une utilisation dans des "supercondensateurs" - des dispositifs capables de stocker de l'énergie et de la libérer rapidement.

De tels dispositifs sont utilisés dans tout, de l'industrie lourde à l'électronique grand public.

Les résultats viennent d'être publiés dans Nano énergie par des scientifiques de l'OSU College of Science, Collège d'ingénierie de l'OSU, Laboratoire National d'Argonne, l'Université de Floride du Sud et le National Energy Technology Laboratory à Albany, Ore. Le travail a été soutenu par OSU.

Dans la réaction chimique qui s'est développée, le résultat final est du graphène nanoporeux, une forme de carbone qui est ordonnée dans sa structure atomique et cristalline. Il a une énorme surface spécifique d'environ 1, 900 mètres carrés par gramme de matériau. À cause de ça, il a une conductivité électrique au moins 10 fois supérieure à celle du charbon actif actuellement utilisé pour fabriquer des supercondensateurs commerciaux.

"Il existe d'autres façons de fabriquer du graphène nanoporeux, mais cette approche est plus rapide, a peu d'impact environnemental et coûte moins cher, " a déclaré Xiulei (David) Ji, un professeur adjoint de chimie de l'OSU au Collège des sciences de l'OSU et auteur principal de l'étude. "Le produit présente une grande surface, grande conductivité et, le plus important, il a une densité assez élevée qui est comparable aux charbons actifs commerciaux.

"Et la source de carbone est le dioxyde de carbone, qui est une ressource durable, Pour dire le moins, " Ji a dit. " Cette méthodologie utilise du dioxyde de carbone abondant tout en faisant des produits de stockage d'énergie d'une valeur significative. "

Parce que les matériaux impliqués sont peu coûteux et la fabrication est simple, cette approche a le potentiel d'être étendue à la production à des niveaux commerciaux, dit Ji.

La réaction chimique décrite dans cette étude impliquait un mélange de métaux de magnésium et de zinc, une combinaison découverte pour la première fois. Ceux-ci sont chauffés à haute température en présence d'un flux de dioxyde de carbone pour produire une réaction « métallothermique » contrôlée. La réaction a converti les éléments en leurs oxydes métalliques et en graphène nanoporeux, une forme pure de carbone qui est remarquablement solide et peut efficacement conduire la chaleur et l'électricité. Les oxydes métalliques pourraient ensuite être recyclés sous leur forme métallique pour rendre un processus industriel plus efficace.

Par comparaison, d'autres méthodes pour fabriquer du graphène nanoporeux utilisent souvent des produits chimiques corrosifs et toxiques, dans des systèmes qui seraient difficiles à utiliser à de grands niveaux commerciaux.

« La plupart des supercondensateurs au carbone commerciaux utilisent désormais du charbon actif comme électrodes, mais leur conductivité électrique est très faible, " Ji a dit. " Nous voulons un stockage et une libération d'énergie rapides qui fourniront plus de puissance, et à cette fin, le graphène nanoporeux plus conducteur fonctionnera beaucoup mieux. Cela résout un problème majeur dans la création de supercondensateurs plus puissants."

Un supercondensateur est un type de dispositif de stockage d'énergie, mais il peut être rechargé beaucoup plus rapidement qu'une batterie et a beaucoup plus de puissance. Ils sont principalement utilisés dans tout type d'appareil où le stockage d'énergie rapide et court, mais une puissante libération d'énergie est nécessaire.

Ils sont utilisés dans l'électronique grand public, et ont des applications dans l'industrie lourde, avec la possibilité d'alimenter n'importe quoi, d'une grue à un chariot élévateur. Un supercondensateur peut capturer de l'énergie qui pourrait autrement être gaspillée, comme dans les opérations de freinage. Et leurs capacités de stockage d'énergie peuvent aider à « lisser » le flux d'énergie des systèmes d'énergie alternative, comme l'énergie éolienne.

Ils peuvent alimenter un défibrillateur, ouvrez les glissières d'urgence d'un avion et améliorez considérablement l'efficacité des automobiles électriques hybrides. Les matériaux carbonés nanoporeux peuvent également adsorber les polluants gazeux, fonctionnent comme des filtres environnementaux, ou être utilisé dans le traitement de l'eau. Les usages sont en constante expansion et ont été contraints principalement par leur coût.