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Les supercondensateurs au graphène créés avec le processus de «fabrication de papier traditionnel» rivalisent avec la capacité des batteries au plomb – High-teK.ca

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Les ingénieurs en matériaux de l’Université Monash en Australie ont mis au point une méthode de production de supercondensateurs au graphène qui ont la même densité d’énergie que la batterie au plomb sous le capot de votre voiture. Non seulement ces supercondensateurs sont environ 10 fois plus denses en énergie que les appareils commerciaux, mais la méthode de production du graphène à l’intérieur des supercondensateurs semble également nouvelle. Les ingénieurs disent qu’ils ont utilisé un procédé similaire à la fabrication traditionnelle du papier – et qu’il pourrait facilement et à moindre coût être étendu à la production commerciale de graphène et de supercaps à base de graphène.

Les supercondensateurs sont essentiellement de petites batteries qui peuvent se recharger et se décharger presque instantanément. Bien que cela se traduise par une densité de puissance très élevée (beaucoup de watts), leur densité d’énergie est généralement très faible (wattheures). Pour un supercondensateur conventionnel, nous parlons d’une densité de puissance 10 à 20 fois supérieure à celle d’une batterie lithium-ion ou plomb-acide conventionnelle – mais d’un autre côté, la densité d’énergie est 10 à 20 fois pire. En bref, les supercondensateurs sont fantastiques lorsque vous avez besoin d’une courte rafale d’énergie, comme une accélération rapide de système de récupération d’énergie cinétique d’une voiture (KERS) – mais inutile pour alimenter l’électronique grand public de tous les jours, comme votre smartphone.

graphène

Le graphène, cependant, pourrait changer tout cela. La quantité d’énergie stockée par un condensateur électrochimique est étroitement liée à la quantité d’électrolyte porteur de charge qui entre en contact avec les électrodes. Plus la surface des électrodes est élevée, plus il y a d’ions porteurs de charge qui peuvent être adsorbés (attachés) aux électrodes, stockant ainsi plus d’énergie. Vous pouvez probablement voir où cela mène. Parce que le graphène est la substance connue la plus fine, il est capable de fournir une surface étonnamment grande ; quelque part de l’ordre de milliers de mètres carrés (c’est plusieurs courts de tennis) par gramme. La surface est si grande que le graphène pourrait être utilisé pour créer des supercondensateurs qui comblent l’énorme écart de densité d’énergie entre les supercondensateurs et les batteries, tout en conservant une énorme densité de puissance.

C’est la théorie, en tout cas. Le problème, bien sûr, comme pour tout ce qui concerne le graphène, est qu’il est encore très difficile de produire en masse du graphène de qualité commerciale. Les ingénieurs de Monash affirment avoir résolu ce problème, cependant, en utilisant un processus basé sur des solutions qui est « similaire à celui utilisé dans la fabrication de papier traditionnelle ». Fondamentalement, ils commencent par de l’oxyde de graphite (graphène), qui est réduit en flocons de graphène de faible qualité à l’aide d’une solution d’hydrazine et d’ammoniac. Ensuite, l’électrolyte et un solvant sont ajoutés au mélange. Au fur et à mesure que le mélange sèche, le solvant volatil s’évapore, provoquant une action capillaire pour aspirer les flocons de graphène ensemble, l’électrolyte étant coincé entre chacun des flocons. Finalement, les ingénieurs se retrouvent avec quelque chose qui ressemble à une feuille de papier noire – des millions de couches de graphène, avec des tas d’électrolyte porteur de charge enfermés.

Graphène 'papier'

L’action capillaire aspire les flocons de graphène ensemble, créant une structure dense semblable au papier

Lorsqu’il est façonné dans un condensateur électrochimique, ce matériau semblable à du papier a une densité d’énergie volumétrique de près de 60 wattheures par litre (Wh/l), ce qui est à peu près comparable à une batterie au plomb. Il conserve environ 90 % de sa capacité après 50 000 cycles de charge/décharge, et il conserve même 90 % de sa charge après 300 heures.

Dan Li, le professeur qui a dirigé les travaux, déclare : « Nous avons créé un matériau de graphène macroscopique qui va au-delà de ce qui a été réalisé auparavant. Il en est presque au stade du passage du laboratoire au développement commercial. On ne sait pas quand ces condensateurs au graphène arriveront sur le marché, mais la réduction chimique de l’oxyde de graphite à base de solution est l’une des voies les plus probables pour la commercialisation du graphène.

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Document de recherche: DOI : 10.1126/science.1239089 – « Intégration dense à médiation liquide de matériaux de graphène pour le stockage d’énergie capacitif compact »

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