Des chercheurs de la Texas A&M University ont découvert que lors du chargement d’un supercondensateur, celui-ci stocke de l’énergie et réagit en s’étirant et en se dilatant. Cette découverte peut être utilisée pour concevoir de nouveaux matériaux pour l'électronique flexible ou d'autres dispositifs qui doivent être à la fois solides et stocker efficacement l'énergie.
La Dre Jodie Lutkenhaus, chef du département associé d'engagement interne et professeur de génie chimique, a collaboré avec le Dr Dimitris Lagoudas, professeur de génie aérospatial et le Dr James Boyd, professeur agrégé de génie aérospatial dans un nouvel article publié dans Matter .
"Nous avons mesuré les contraintes développées dans les électrodes de supercondensateur à base de graphène et corrélé les contraintes à la façon dont les ions entrent et sortent du matériau", a déclaré Lutkenhaus. "Par exemple, lorsqu'un condensateur est cyclé, chaque électrode stocke et libère des ions qui peuvent le faire gonfler et se contracter."
Lutkenhaus a déclaré que ce mouvement répété peut provoquer l'accumulation de contraintes mécaniques, entraînant une défaillance de l'appareil. Pour lutter contre cela, ses recherches visent à créer un instrument qui mesure les contraintes et déformations mécaniques dans les matériaux de stockage d'énergie lors de leur charge et de leur décharge.
Cet instrument offre des informations sur la mesure du comportement mécanique pendant la charge et la décharge d'une électrode, ce qui peut être difficile à observer en temps réel.
"Nous sommes pionniers dans les méthodes expérimentales pour mesurer la réponse électrochimique et mécanique simultanée des électrodes", a déclaré Boyd. "Notre recherche passe désormais des supercondensateurs aux batteries."
Les dommages mécaniques limitent la durée de vie des batteries. De nouveaux matériels et modèles sont donc nécessaires pour interpréter les mesures expérimentales afin de séparer les effets de la diffusion de masse, des réactions, de la déformation inélastique et des dommages mécaniques.
Les batteries et les condensateurs peuvent tomber en panne sous les différents effets des contraintes mécaniques internes et externes. Des contraintes internes se produisent lorsque les batteries développent un cycle répété de l'appareil, tandis que des contraintes externes peuvent résulter d'un impact ou d'une pénétration de l'appareil.
Lorsque ces contraintes surviennent, la batterie doit être capable de résister aux dommages. Lutkenhaus a déclaré qu'il était important de comprendre comment les contraintes mécaniques se développent dans l'état électrochimique de l'appareil.
"Nous avons développé un instrument capable de faire exactement cela", a déclaré Lutkenhaus. "En acquérant ces informations essentielles, nous pourrions être en mesure de concevoir des dispositifs de stockage d'énergie plus sûrs qui dureront plus longtemps."
La recherche vise à développer des dispositifs de stockage d'énergie capables de supporter des charges structurelles et, à terme, de remplacer les plastiques renforcés de fibres de carbone qui agissent comme panneaux structurels dans les avions, améliorant ainsi l'efficacité énergétique.
"Cet article est le résultat d'une collaboration continue entre des scientifiques en génie chimique et en génie aérospatial", a déclaré Lagoudas. "Cette recherche offre une compréhension unique de la façon dont les nanomatériaux peuvent être utilisés pour des dispositifs de stockage d'énergie légers et solides pour les applications aérospatiales."
Plus d'informations : Dimitrios Loufakis et al, Couplage électrochimio-mécanique in situ d'électrodes de supercondensateurs en nanomatériaux 2D, Matter (2023). DOI :10.1016/j.matt.2023.08.017
Informations sur le journal : Matière
Fourni par le Texas A&M University College of Engineering
