Une lycéenne améliore les capacités des supercondensateurs

supercondensateur eesha khare

Eesha Khare améliore les supercondensateurs

Eesha Khare, une lycéenne de 18 ans scolarisée dans un lycée de la Silicone Valley californienne, a remporté un prix le 17 mai lors du concours "Intel International Science and Engineering Fair 2013" et a reçu un chèque de 50 000 dollars pour son projet Supercapacitor (en français : Supercondensateur).

"Une lycéenne crée un supercondensateur permettant recharger son smartphone en 20 secondes". C'est avec ce genre de titre accrocheur que certains médias annoncent la nouvelle. Si l'exploit de la jeune fille est réel, il est exagéré de dire qu'elle a inventé un supercondensateur suffisamment performant pour remplacer nos batteries de smartphone. Les travaux de la jeune fille montrent surtout que les recherches sur les supercondensateurs avancent vite, et qu'à l'avenir ils pourraient bien remplacer avantageusement certaines piles et batteries.

Les supercondensateurs sont des sortes de batteries ultra rapides qui peuvent en effet permettre de recharger un smartphone en 20 à 30 secondes. Des supercondensateurs actuellement vendus dans le commerce peuvent même être plus rapides. Ce qu'il manque encore au supercondensateur pour détrôner les batteries, c'est une meilleur densité d'énergie afin de durer plus longtemps pour un poids et un volume donné (Recharger son téléphone en 20 secondes n'est pas très intéressant s'il faut le recharger 2 ou 3 fois par jour en contrepartie).

Les autres supercondensateurs

Les supercondensateurs actuellement commercialisés offrent une densité énergétique de 4 à 6 Wh par kg. Les gros clients de l'aérospatial et de l'industrie de la défense ont droit à des supercondensateurs de 9 à 10 Wh par kg comme les SkelCap Series de Skeleton Technologies.

La lycéenne a réussi à développer un supercondensateur plus performant encore avec une densité énergétique de 20,1 Wh par kg. C'est un réel exploit qui peut permettre une percée plus importante des supercondensateurs sur le marché si la technologie devenait rapidement commercialisable.

Mais des supercondensateurs encore plus performants ont déjà été créés en laboratoire, et selon différentes techniques plus ou moins prometteuses. Le supercondensateur le plus performant créé à ce jour offre une densité énergétique de 150 Wh par kg ! Une densité qui ne peut être atteinte que dans des conditions de laboratoire mais qui montre bien que les supercondensateurs peuvent être largement améliorés.

Les batteries au Plomb offrent une densité énergétique de 20 à 40 Wh par kg, tandis que les batteries Lithium-Ion font entre 150 et 200 Wh par kg.

Le supercondensateur créé par Eesha Khare

petit supercondensateur

Le supercondensateur développé par Eesha Khare offre une très grande longévité comme tous les supercondensateurs, avec seulement 32,5% de perte en capacité au bout de 10 000 cycles de charge/décharge (les batteries de téléphone portable garantissent un bon fonctionnement pour seulement 400 à 1000 cycles). Rappelons que certains supercondensateurs peuvent résister à 20 millions de cycles de recharge.

Concernant la rapidité de charge du supercondensateur de la lycéenne, il offre une densité de puissance de 20 540 W par kg. Sur ce point, les SkelCap Series font mieux avec environ 48 000 W par kg.

Techniquement, pour améliorer la densité d'énergie du supercondensateur, Eesha Khare a conçu, synthétisé et caractérisé une nouvelle électrode en nanotiges avec des noyaux de dioxyde de titane hydrogénés (H-TiO2) et des coquilles en polyaniline (PAni), un polymère conducteur. Le dioxyde de titane hydrogéné agit alors comme une double couche électrostatique. La bonne conductivité du TiO2 hydrogéné combiné avec la forte pseudo-capacité de la polyaniline donne une capacité globale et une densité d'énergie significativement plus élevée tout en conservant une bonne densité de puissance et une longue durée de vie.

Pour effectuer ses travaux, la lycéenne a eu accès aux équipements de laboratoire de l'université de Californie de Santa Cruz sous la supervision du Dr. Yat Li. Des travaux sur les supercondensateurs à base de nanotiges de dioxyde de titane hydrogénés ont été publiés en février 2012 dans la revue scientifique Nano Letters : Hydrogenated TiO2 Nanotube Arrays for Supercapacitors

Supercondensateur flexible

Le supercondensateur créé par Eesha Khare est petit et flexible et il n'a été utilisé pour l'instant que pour allumer des LED à des fins de tests. Des versions plus volumineuses permettront à l'avenir de faire fonctionner des appareils électroniques et pourquoi pas des smartphones.

La jeune lycéenne voit plus loin et envisage déjà une version de son supercondensateur pour remplacer les batteries de voiture. En version taille réduite, son supercondensateur pourrait aussi profiter de sa finesse et de sa flexibilité pour être inséré directement dans les écrans OLED flexibles qui arriveront bientôt sur le marché, ou encore dans des vêtements intelligents qui seront alors alimentés par des films photovoltaïques.

En attendant, Eesha Khare a décidé d'utiliser son prix de 50 000 dollars pour financer une partie de ses études à Harvard. La lycéenne aura peut-être d'autres occasions pour trouver le financement de ses études car elle est forcément repérée par Intel qui lui a remis son prix, mais peut-être aussi par Google qui s'intéresserait de près à ses recherches selon le Financial Express.

Eesha Khare parle de son supercondensateur :

Pour plus d'infos, voir les supercondensateurs plus performants que celui d'Eesha Khare issus de recherches publiées en 2013.

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