Supercondensateur en graphène à haute densité rechargeable en 16 secondes !

supercondensateur graphene poreux

Structure de graphène pour supercondensateur à haute densité

Une équipe de scientifiques sud-coréens du Gwangju Institute of Science and Technology a développé un nouveau supercondensateur en graphène capable de stocker jusqu'à 83 Wh/Kg (contre 100 à 200 Wh/kg pour les batteries Lithium-Ion) et qui peut être rechargé en seulement 16 secondes. C'est une vitesse de recharge record pour un supercondensateur à haute densité à base de graphène.

Pour obtenir un supercondensateur aussi performant, les chercheurs ont développé une forme très poreuse de graphène qui a une énorme surface interne. Ce graphène a été créé en réduisant des particules d'oxyde de graphène avec de l'hydrazine dans de l'eau agitée par des ultrasons. La poudre de graphène est ensuite emballée dans une cellule en forme de pièce, et séchée à 140 ° C et à une pression de 300 kg par centimètre pendant cinq heures.

L'électrode de graphène obtenue est très poreuse. Un seul gramme de cette substance a une surface plus grande qu'un terrain de basket. C'est important, car cela permet à l'électrode d'accueillir beaucoup plus d'ions en provenance de l'électrolyte. Et c'est ce qui détermine en fin de compte la quantité de charge que le supercondensateur peut contenir (cf : C'est quoi un supercondensateur ?).

Pour profiter pleinement de la grande surface offerte par l'électrode, les scientifiques ont utilisés un liquide ionique appelé "EBIMF 1 M" comme électrolyte. Les liquides ioniques sont encore onéreux, mais les prix baissent et ils peuvent améliorer sensiblement la capacité de charge des supercondensateurs qui possèdent des électrodes à surface massique élevée.

La densité d'énergie obtenue par ce supercondensateur varie de 83.36, 64.18 et 58.25 Wh/kg pour des intensités de courant de 2.5, 5 et 7.5 Ampères par gramme, correspondant à un temps de charge ou décharge de 69, 25 et 16 secondes respectivement. Le temps de charge / décharge est environ deux fois plus rapide que celui obtenu jusqu'à présent par les autres supercondensateurs en graphène à haute densité d'énergie.

Le supercondensateur présente en outre une excellente stabilité et fiabilité en conservant 98% de sa capacité après 10 000 cycles de charge / décharge.

Selon les chercheurs, le processus de fabrication de ce supercondensateur peut être adapté à une production industrielle dans un avenir proche. Les supercondensateurs sont déjà de plus en plus utilisés dans l'industrie automobile pour gérer efficacement le Stop and Start. Avec ce nouveau supercondensateur ultra rapide offrant une haute densité d'énergie, le supercondensateur pourrait devenir incontournable pour stocker l'énergie récupérée lors du freinage.

Résumé des performances pour une intensité de courant de 5 A/g :

  • Densité d'énergie : 64,18 Wh/kg
  • Densité de puissance : 8 750 W/kg
  • Capacité : 150,9 F/g
  • Longévité : 2% de capacité perdue après 10 000 cycles de recharge

Le graphène est décidément l'une des principales clés pour la création de supercondensateurs rivalisant avec les batteries en terme de densité d'énergie. Si le supercondensateur en silicium recouvert de graphène créé récemment par des chercheurs de l'Université Vanderbilt ne mérite pas forcément toutes les éloges qu'il a reçu, les supercondensateurs créés à base de graphène tiennent par contre toutes leurs promesses. (Voir aussi notre article sur le "supercondensateur en graphène stockant autant qu'une batterie plomb-acide bientôt commercialisé")

Sources : technologyreview.com et arxiv.org (pdf)

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