Développer des technologies de stockage d’énergie de nouvelle génération capables de fournir à la fois une puissance élevée et une capacité élevée.
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Bon-Cheol Ku et le Dr Seo Gyun Kim du Centre de recherche sur les matériaux composites au carbone de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST), ainsi que par le professeur Yuanzhe Piao de l’Université nationale de Séoul (SNU), ont développé un super condensateur haute performance qui pourrait représenter la prochaine génération de stockage d’énergie.
Leur percée répond aux principales limitations des super condensateurs actuels en utilisant une structure fibreuse avancée constituée de nanotubes de carbone (CNT) à paroi unique et du polymère conducteur poly aniline (PANI).
Les super condensateurs se chargent plus rapidement et offrent une densité de puissance plus élevée que les batteries traditionnelles, avec une perte de performances minimale même après des dizaines de milliers de cycles de charge. Cependant, leur densité énergétique plus faible limite leur durée de fonctionnement, ce qui les rend moins pratiques pour les applications à usage prolongé comme les véhicules électriques et les drones.
Une structure innovante de la fibre CNT‑PANI
Pour relever ce défi, les chercheurs ont lié chimiquement des nanotubes de carbone mono parois (CNT), connus pour leur conductivité élevée, avec de la poly aniline (PANI), un polymère conducteur peu coûteux et facile à traiter. En combinant ces matériaux à l’échelle nanométrique, ils ont créé une structure fibreuse complexe qui améliore le mouvement des électrons et des ions. Il en résulte un super condensateur capable de stocker plus d’énergie et de la libérer plus rapidement.
Le nouveau superc ondensateur a démontré des performances stables sur plus de 100 000 cycles de charge et de décharge et reste efficace même dans des environnements à haute tension. En raison de sa durabilité et de son efficacité, la technologie peut servir soit de remplacement, soit d’amélioration aux systèmes de batteries actuels. Dans les véhicules électriques, il pourrait fournir une puissance de charge rapide qui améliore à la fois l’autonomie et les performances.
Les drones et les robots peuvent également bénéficier de temps de fonctionnement plus longs et d’une fiabilité améliorée. De plus, la fibre composite CNT-PANI est très flexible, ce qui lui permet d’être enroulée ou pliée pour être utilisée dans l’électronique de nouvelle génération comme les appareils portables.
La production de masse et réduction des coûts
Une autre réalisation majeure de la recherche est la réduction des coûts de production et la possibilité d’une production de masse. Malgré leurs excellentes propriétés, les nanotubes de carbone mono parois (NTC) ont été difficiles à commercialiser en raison de leurs coûts de production élevés, mais les chercheurs ont résolu ce problème en les mélangeant avec le polymère conducteur à faible coût poly aniline (PANI).
En outre, ils ont jeté les bases d’une production de masse grâce à un processus simple et ont récemment réussi à développer des structures de type film basées sur cette technologie, faisant ainsi progresser davantage la commercialisation. À l’avenir, il sera utilisé comme technologie clé pour la transition vers une société neutre en carbone dans divers secteurs tels que les véhicules électriques, les robots, les drones et les appareils portables.
“Cette technologie surmonte les défauts des super condensateurs en utilisant des nanotubes de carbone mono parois et des polymères conducteurs”, a déclaré le Dr Bon-Cheol Ku du KIST. “Nous continuerons à développer et à industrialiser des fibres de carbone ultra-hautes performances à base de nanotubes de carbone.”
