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Les nanotubes de carbone pourraient faire d'extraordinaires batteries...

Recouverts d’une substance inflammable, des nanotubes de carbone produisent un puissant courant électrique lorsque l’on déclenche la combustion. Remarquablement efficace mais mal compris, ce procédé de conversion thermoélectrique pourrait déboucher sur des batteries de petites tailles conservant indéfiniment de l’énergie.

Une représentation d'artiste du front de combustion se propageant le long d'un nanotube de carbone recouvert d'une substance inflammable. Crédit : Christine Daniloff-MIT Une représentation d'artiste du front de combustion se propageant le long d'un nanotube de carbone recouvert d'une substance inflammable. Crédit : Christine Daniloff-MIT  

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Voilà plus d'un siècle que les chercheurs modélisent l'embrasement d'une substance, la propagation du feu et l'explosion qui peut en résulter. Les réactions chimiques et la chaleur dégagée peuvent se propager comme des ondes à la surface de l’eau. On parle alors d’ondes thermiques et d’ondes de combustion pour la propagation d’un front de flamme. On connaît depuis longtemps des phénomènes de conversion de la chaleur en courant électrique, ce qu’on appelle un effet thermoélectrique. L’exemple le plus connu est l’effet Seebeck à la base des thermocouples.

Un groupe de chercheurs du MIT travaillant en collaboration avec Michael Strano vient de publier dans Nature Materials un article faisant état d’un nouvel effet thermoélectrique, tout à fait surprenant, survenant avec des nanotubes de carbone recouverts d’une substance inflammable.

Constitués de feuillets de graphène enroulés, les nanotubes de carbone présentent de remarquables propriétés thermiques, mécaniques et conductrices. On ne compte plus les travaux sur ce matériau miracle dont on attend monts et merveilles, comme la possibilité de construire l’ascenseur spatial mythique d’Arthur Clarke décrit dans son roman Les fontaines du paradis.

Des batteries engrangeant cent fois plus d'énergie ?

Bien que riches en promesses, les nanotubes de carbone ne sont pas sans danger et il convient de les utiliser avec précaution pour éviter des problèmes. On sait que certains nanotubes sont potentiellement cancérigènes par exemple.

Dans le cas considéré par les chercheurs, et comme l’avait prévu Michael Strano sur le plan théorique, une onde de combustion générée le long des nanotubes doit s'accompagner d'un courant électrique de forte puissance. L’onde, en effet, pousse des électrons devant elle le long des nanotubes.

C’est effectivement ce que les physiciens ont observé en allumant la combustion à l’aide d’un laser ou d’une étincelle... mais l’ampleur du phénomène les a surpris. Le front de flamme, porté à une température de 3.000 kelvins (K), se déplaçait 10.000 fois plus vite que lors d’une combustion habituelle. On comprend aisément que, dans ces conditions, les pics de puissance et de différence de potentiel observés puissent être importants.

Ce phénomène, qui, d’après Strano, n’est pas compréhensible sous la simple forme d’un effet Seebeck, pourrait conduire à la création de batteries remarquablement efficaces. Comparativement à des modèles au lithium, des batteries utilisant ces nanotubes produiraient à poids égal 100 fois plus d’énergie. De plus, le stockage d’énergie serait beaucoup plus stable dans le temps.

On pourrait aussi imaginer des dispositifs de la taille d’un grain de riz, comme de la poussière intelligente, alimentés par des petites batteries aux nanotubes.


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