Supercondensateur haute densité grâce au graphène et aux nanotubes de carbone

Electrode de supercondensateur en graphène

Electrode de supercondensateur en graphène

Le supercondensateur se caractérise d'ordinaire par sa capacité à se charger et se décharger beaucoup plus rapidement qu'une batterie, mais le supercondensateur n'est normalement pas capable de stocker autant d'énergie qu'une batterie. Il a une densité d'énergie moins élevée que les batteries électrochimiques que nous utilisons tous.

Ceci est en train de changer grâce au graphène et aux nanotubes de carbone. Les nanotechnologies sont aujourd'hui la source de beaucoup d'innovations. Cette fois, les nanotechnologies pourraient permettre aux supercondensateurs de supplanter les batteries électrochimiques pour devenir des batteries à recharge ultra-rapide.

Cela fait plusieurs années que l'on sait que le graphène peut permettre d'augmenter la capacité des batteries et des supercondensateurs. Ce matériau révolutionnaire constitué par des feuillets dont l'épaisseur peut se limiter à celle d'un atome de carbone et dont la structure atomique est ultra-dense est désigné pour remplacer le silicium dans l'électronique de demain.

Pour augmenter considérablement la densité des supercondensateurs, des chercheurs de l'Institut National des Sciences des Matériaux ont utilisé une nouvelle électrode dans laquelle des nanofeuillets de graphène sont empilés dans une structure en couches avec des nanotubes de carbone en sandwich entre les couches de graphène.

graphene 3d

L'ensemble forme une électrode de supercondensateur avec une structure à base de graphène composite. Dans cette structure, le graphène offre une surface beaucoup plus dense (2630 m2 / g) que les matériaux conventionnels. Les nanotubes de carbones intercalés entre les couches de graphène permettent de créer des chemins pour permettre l'adsorption d'une plus grande quantité d'ions par l'électrolyte sur la surface de graphène.

Avec ces électrodes de supercondensateur en composites de graphène - nanotubes de carbone, le professeur Jie Tang a obtenu une haute densité d'énergie de 62,8 Wh / kg et une densité de puissance de sortie de 58,5 kW / kg en utilisant une électrolyte organique.

En utilisant un liquide ionique comme électrolyte, ils ont même atteint une densité d'énergie de 155,6 Wh / kg !

Pour comparer, voici la densité énergétique des différentes technologies de batteries :

  • Nickel - cadmium (Ni - Cd) : 50 Wh par kg
  • Nickel - zinc (Ni - Zn) : 80 Wh par kg
  • Nickel Métal Hydrure (NiMH) : 75 Wh par kg
  • Plomb 2e génération (2006) : 75 Wh par kg5
  • Sodium - chlorure de nickel, Système zébra : 85 Wh par kg
  • Lithium - ion 1re génération (1992) : 90 Wh par kg
  • Sodium - soufre (Na - S) : 107 Wh par kg
  • Lithium Métal Polymère (LMP) (2004) : 110 Wh par kg
  • Lithium polymère (Li - Po) : 120 Wh par kg
  • Lithium - ion 2e génération (2000) : 150 Wh par kg
  • Zinc - argent (2007) : 200 Wh par kg
  • Lithium - ion - manganèse (2007) : 300 Wh par kg
  • Lithium - soufre (Li - S) (2007) : 300 Wh par kg
  • Lithium - vanadium (2007) : + de 300 Wh par kg
  • Lithium - air ou lithium - oxygène (2010) : + de 500 Wh par kg
  • Lithium - eau (et air), batterie PolyPlus (2011) : 1300 Wh par kg

Les Bluecars qui sont les nouvelles voitures électriques de Bolloré mises à disposition par le service Autolib' utilisent par exemple des batteries Lithium Métal Polymère avec une densité de 110 Wh par kg. Plus généralement, c'est le lithium - ion qui est actuellement très utilisé avec une densité énergétique de 150 Wh par kg.

Les supercondensateurs pourraient donc prochainement remplacer les batteries des véhicules électriques. Ainsi, recharger sa voiture électrique ne prendra pas plus de temps que celui nécessaire pour faire le plein d'une voiture à essence...

Les appareils électroniques équipés de tels supercondensateurs se rechargeront quasiment instantanément. Pratique non ?

Source : http://www.graphene-info.com/new-graphene-cnt-electrode-dramatically-increases-energy-density-supercapacitors

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