Pouvoir recharger sa voiture électrique en quelques secondes plutôt qu'en plusieurs heures, ou son téléphone en un clin d'œil. Cette perspective pourrait bientôt devenir réalité grâce à une avancée majeure dans le domaine du stockage de l'énergie, qui pourrait transformer notre rapport à l'électricité au quotidien.
Des chercheurs ont développé un matériau innovant à base de carbone qui permet aux supercondensateurs d'emmagasiner autant d'énergie que les batteries traditionnelles tout en se rechargeant presque instantanément. Cette découverte ouvre des perspectives nouvelles pour les véhicules électriques, la stabilisation des réseaux électriques et nos appareils électroniques personnels. L'équipe scientifique a publié ses résultats dans
Nature Communications, détaillant comment cette approche pourrait révolutionner notre façon de stocker et d'utiliser l'énergie.
Le professeur Mainak Majumder, qui a participé aux recherches, explique que l'innovation réside dans une modification du traitement thermique du matériau. Cette simple adaptation permet d'exploiter une surface beaucoup plus importante du carbone, ce qui améliore considérablement sa capacité à stocker l'énergie. Cette approche pourrait conduire à la création de supercondensateurs à charge ultra-rapide capables de remplacer les batteries dans de nombreuses applications tout en offrant une délivrance d'énergie bien plus rapide.
Le matériau clé de cette avancée est appelé oxyde de graphène réduit multiscalaire. Il est produit à partir de graphite naturel, une ressource abondante en Australie. Grâce à un procédé de traitement thermique rapide, les chercheurs ont créé une structure de graphène particulièrement incurvée qui permet aux ions de circuler avec une grande rapidité et efficacité. Cette architecture unique combine une densité énergétique élevée avec une puissance importante, une association rare dans un seul dispositif.
Les tests réalisés sur des dispositifs en forme de poche ont démontré des performances exceptionnelles. Ces supercondensateurs atteignent des densités énergétiques volumétriques proches de 100 Wh/L lorsqu'ils utilisent des électrolytes liquides ioniques, tout en offrant des densités de puissance dépassant 69 kW/L. Ils maintiennent également une stabilité remarquable après de nombreux cycles de charge et décharge, ce qui les rend particulièrement fiables pour un usage intensif.
Schéma conceptuel montrant les différences de structure selon la densité, le transport de charge et la capacité normalisée à la surface.
La technologie est actuellement en cours de commercialisation par Ionic Industries, une entreprise issue de l'université Monash. L'équipe produit déjà des quantités industrielles de ces matériaux en graphène et collabore avec des partenaires spécialisés dans le stockage d'énergie. L'objectif est d'intégrer cette innovation dans des applications concrètes où la combinaison d'une forte capacité énergétique et d'une délivrance rapide de puissance est essentielle.
Comment fonctionnent les supercondensateurs
Les supercondensateurs stockent l'électricité d'une manière fondamentalement différente des batteries traditionnelles. Au lieu de recourir à des réactions chimiques lentes, ils accumulent la charge électrique de manière électrostatique à la surface d'un matériau conducteur. Cette approche permet des transferts d'énergie extrêmement rapides, mais présentait jusqu'à présent une limitation importante en termes de capacité de stockage.
La surface disponible sur le matériau carboné détermine directement la quantité d'énergie que le supercondensateur peut emmagasiner. Traditionnellement, seule une petite partie de cette surface était effectivement utilisable, ce qui limitait considérablement les performances de ces dispositifs. Les chercheurs ont donc cherché des moyens d'augmenter cette surface active sans compromettre les autres caractéristiques du matériau.
Contrairement aux batteries qui s'usent avec le temps à cause des réactions chimiques répétées, les supercondensateurs peuvent supporter des centaines de milliers de cycles de charge et décharge sans dégradation significative. Cette durabilité exceptionnelle les rend particulièrement adaptés aux applications nécessitant des recharges fréquentes et rapides, comme les véhicules électriques ou les systèmes de récupération d'énergie.
La combinaison unique de vitesse de charge et de longue durée de vie ouvre des perspectives intéressantes pour de nombreux domaines. Des transports aux réseaux électriques en passant par l'électronique grand public, cette technologie pourrait répondre à des besoins où l'équilibre entre capacité de stockage et rapidité d'utilisation est déterminant.