En remettant en cause un principe vieux de plusieurs décennies, des chercheurs du Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux (Cirimat), à Toulouse, et de l'université Drexel, à Philadelphie, ont récemment créé la surprise dans le domaine des supercondensateurs. Celui qu'ils ont mis au point affiche des performances énergétiques tout bonnement impressionnantes, supérieures de moitié à celles des supercondensateurs habituels !
Utilisés en électronique, par exemple pour pallier des perturbations d'alimentation, ou comme source de puissance dans les transports, les supercondensateurs permettent de stocker une importante quantité d'énergie (un million de fois plus qu'un condensateur standard). Pour autant, celle-ci est limitée, et le temps de décharge d'un supercondensateur ne dépasse pas quelques secondes.
Schématiquement, un supercondensateur est composé d'un liquide contenant des ions en solution, qui se fixent sur des électrodes de carbone sous l'effet d'une différence de potentiel électrique. "Plus les ions se fixent en grand nombre, explique Patrice Simon, du Cirimat, plus la capacité du condensateur augmente." Ainsi, on utilise des électrodes poreuses, dont la surface avoisine celle d'un terrain de football pour 1 gramme de carbone ! Depuis une trentaine d'années, les spécialistes s'accordent à dire que pour être efficaces, les pores d'une électrode doivent mesurer quelques nanomètres. Tout simplement pour qu'un ion entouré de sa couche de solvatation (des molécules du solvant), dont la taille est d'environ 1 nanomètre, puisse y pénétrer. Et habituellement, les pores d'une électrode en carbone mesurent entre 2 et 20 nanomètres.
Mais les chercheurs français et américains ont fait une découverte étonnante. Comme le détaille Patrice Simon, "nous avons mis au point des électrodes dont les porosités, d'un diamètre parfaitement contrôlé, sont inférieures au nanomètre. Et contre toute attente, nous avons montré que plus les pores sont petits, plus la charge du condensateur augmente !" La densité d'énergie stockée dans un supercondensateur dont les électrodes présentent des porosités de 0,6 nanomètre est même de 50 % supérieure à celle d'un composant standard ! Un effet probablement dû à une déformation de la couche de solvatation entourant l'ion, lorsqu'il pénètre dans un pore minuscule.
Ce résultat est si inattendu qu'il a fait l'objet d'une publication dans la revue
Science. Une première pour des travaux sur les supercondensateurs qui devraient donner un sérieux coup de fouet au développement d'applications.