Les scientifiques ont créé une nouvelle génération d'appareils à faible coût, supercondensateurs à haute énergie pour alimenter les véhicules électriques.

Des chercheurs de l'Imperial College London et de l'University College London (UCL) ont produit un un matériau d'électrode plus durable et plus dense en énergie pour les supercondensateurs, ce qui pourrait ouvrir la voie à une pénétration plus large du marché de cette haute puissance, technologie des véhicules électriques à recharge rapide.

Dans l'étude, Publié dans Sciences avancées , l'équipe a utilisé de la lignine, un sous-produit biosourcé de l'industrie papetière, pour créer des électrodes autonomes avec une capacité de stockage d'énergie améliorée.

Les chercheurs disent que cela pourrait changer la donne pour la technologie existante des supercondensateurs, fournir un meilleur marché, alternative plus durable aux modèles actuels. L'équipe souligne l'importance de réduire le coût de production des électrodes à base de carbone et la dépendance à l'égard de matériaux critiques si les supercondensateurs autonomes doivent jouer un rôle majeur dans la décarbonisation de l'industrie des transports aux côtés des batteries et des piles à combustible.

Matériaux durables

En utilisant de la lignine à la place du coûteux carbone à base de graphène, l'équipe a produit une structure autoportante qui est plus légère et plus petite que les modèles actuels sans compromettre la capacité de stockage d'énergie. Cela les rend idéales pour une utilisation dans les véhicules électriques à courte distance comme les bus, taxis et tramways où ils ont la capacité de recharger dans le temps nécessaire aux passagers pour sortir et entrer dans un véhicule.

L'auteur co-correspondant, le Dr Maria Crespo Ribadeneyra du département de génie chimique de l'Impériale, a déclaré :« Les supercondensateurs sont un candidat idéal pour le transport électrique dans les centres urbains, où la pollution est une préoccupation de plus en plus pressante. Cependant, ils sont souvent négligés en raison du coût de production élevé.

"Notre recherche est basée sur un matériau biosourcé à faible coût et durable qui peut stocker plus d'énergie par unité de volume que de nombreuses autres alternatives coûteuses. Ceci est particulièrement important dans le secteur automobile, où l'optimisation de l'espace et des coûts des composants est cruciale."

L'auteur co-correspondant, le professeur Magda Titirici du département de génie chimique de l'Imperial a ajouté :« La création de matériaux multifonctionnels durables à partir de flux de déchets de biomasse tels que la lignine permettra une chaîne d'approvisionnement durable et abordable pour les matériaux énergétiques à l'avenir et éliminera notre dépendance vis-à-vis des matériaux comme le lithium.

« L'idée de presser plusieurs papiers carbone autoportants ensemble pour stocker plus de charge dans un petit volume est innovante et offre un potentiel de développement structurel futur. Imaginez qu'au lieu que les électrodes soient supportées dans un étui de téléphone ou sur un toit de voiture, ils sont le cas ou le toit."

Microstructures sur mesure

La technique innovante développée par l'équipe dans cette étude a utilisé des nattes de nanofibres de lignine électrofilées qu'elles ont compressées ensemble en une structure dense. Cela leur a permis d'adapter la microstructure interne des électrodes en réduisant la quantité de pores de taille micrométrique qui ne contribuent pas au stockage d'énergie, tout en conservant la porosité des fibres individuelles qui stockent la charge électrique. Ce travail a été rendu possible en utilisant une imagerie avancée similaire aux rayons X pour visualiser les microstructures internes en trois dimensions.

Le Dr Rhodri Jervis de l'Electrochemical Innovation Lab (EIL) de l'UCL et co-auteur a expliqué :" Relever le grand défi de l'électrification à grande échelle nécessitera une variété de dispositifs de stockage et de conversion d'énergie pour fonctionner en harmonie les uns avec les autres, utilisant des matériaux avancés et durables.

« Des batteries aux piles à combustible en passant par les supercondensateurs, il est essentiel de comprendre la microstructure des matériaux utilisés dans ces dispositifs afin d'apporter des améliorations aux technologies actuelles. Dans notre laboratoire, nous avons développé des approches d'imagerie avancées pour visualiser et évaluer ces microstructures en trois dimensions, et ce travail met en évidence l'avantage de l'imagerie 3D pour démêler le potentiel de nouveaux matériaux dans le stockage d'énergie."

L'équipe de recherche travaille maintenant à s'assurer que cette technologie peut être rendue commercialement viable. Ils développent actuellement un nouveau supercondensateur avec un électrolyte non corrosif et plus rentable qui pourrait être mis en œuvre dans des appareils commerciaux.