Les chercheurs de Lawrence Livermore ont identifié des changements induits par des charges électriques dans la structure et la liaison des électrodes en carbone graphitique qui pourraient un jour affecter la façon dont l'énergie est stockée.

La recherche pourrait conduire à une amélioration de la capacité et de l'efficacité des systèmes de stockage d'énergie électrique, tels que les batteries et les supercondensateurs, nécessaires pour répondre aux demandes croissantes des consommateurs, technologies industrielles et vertes.

La technologie future exige que les systèmes de stockage d'énergie aient une capacité de stockage beaucoup plus grande, cycle de charge/décharge rapide et endurance améliorée. Les progrès dans ces domaines exigent une compréhension plus complète des processus de stockage d'énergie à l'échelle atomique jusqu'à l'échelle du micron. Étant donné que ces processus complexes peuvent changer considérablement au fur et à mesure que le système est chargé et déchargé, les chercheurs se sont de plus en plus concentrés sur la façon de regarder à l'intérieur d'un système de stockage d'énergie en fonctionnement. Alors que les approches informatiques ont progressé au cours des dernières décennies, le développement d'approches expérimentales a été très difficile, notamment pour étudier les éléments légers qui prévalent dans les matériaux de stockage d'énergie.

Les travaux récents d'une équipe dirigée par le LLNL ont développé une nouvelle capacité de spectroscopie d'adsorption aux rayons X qui est étroitement associée à un effort de modélisation pour fournir des informations clés sur la façon dont la structure et la liaison des électrodes de supercondensateur en carbone graphitique sont affectées par la polarisation des interfaces électrode - électrolyte pendant la charge.

Les supercondensateurs graphitiques sont des systèmes modèles idéaux pour sonder les phénomènes interfaciaux car ils sont relativement stables chimiquement, largement caractérisés expérimentalement et théoriquement et sont intéressants sur le plan technologique. L'équipe a utilisé son matériau d'électrode en vrac à base de nanographene 3D (3D-NG) récemment développé comme matériau graphitique modèle.

« Notre nouvelle capacité de spectroscopie d'adsorption aux rayons X nous a permis de détecter le complexe, changements induits par le champ électrique dans la structure électronique que subissent les électrodes de supercondensateur à base de graphène pendant le fonctionnement. L'analyse de ces changements a fourni des informations sur l'évolution de la structure et de la liaison des électrodes pendant la charge et la décharge, " a déclaré Jonathan Lee, un scientifique du LLNL et auteur correspondant d'un article devant paraître en couverture de l'édition du 4 mars de la revue, Matériaux avancés . "L'intégration de capacités de modélisation uniques pour l'étude de l'interface électrode chargée-électrolyte a joué un rôle crucial dans notre interprétation des données expérimentales."

Découvrir que la structure électronique des électrodes des supercondensateurs en carbone graphitique peut être adaptée par des interactions électrode-électrolyte induites par la charge ouvre une nouvelle fenêtre vers des systèmes de stockage d'énergie électrochimiques plus efficaces. En outre, les techniques expérimentales et de modélisation développées au cours de la recherche sont facilement applicables à d'autres matériaux et technologies de stockage d'énergie.