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Un aérogel au graphène pour révolutionner les batteries

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Charger la batterie de votre voiture électrique en quelques minutes seulement, de la science-fiction ? Peut-être pas si l'on considère le potentiel des supercondensateurs à base de graphène qui sont en développement. Une nouvelle piste de recherche avec eux repose sur des aérogels dérivés de ce matériau miracle.

Des aérogels à base de graphène sont prometteurs pour le stockage d’énergie électrique. Cette image d’artiste montre la structure en nid d’abeille du graphène sur laquelle sont ajoutées des molécules dans le cas des aérogels étudiés par des chercheurs du laboratoire Lawrence Livermore aux États-Unis. © Ryan Chen.

Lorsque l'on a besoin de stocker très provisoirement de grandes quantités d'électricité et de les libérer rapidement, on peut faire appel aux supercondensateurs qui sont extrêmement puissants par rapport aux batteries pour ce genre d'utilisation spécifique. Généralement réalisés à l'aide d'un procédé dit de « double couche électrochimique », ils sont désignés en anglais sous l'acronyme de EDLC (Electrochemical Double Layer Capacitator). Un EDLC est constitué de deux électrodes poreuses, généralement en charbon actif et imprégnées d'électrolyte, qui sont séparées par une membrane isolante et poreuse afin d'assurer la conduction ionique.

Le graphène est un matériau miracle. Ce reportage nous permet de mieux faire connaissance avec lui. © nouvo, YouTube

Entre batteries et condensateurs, les supercondensateurs

Les supercondensateurs sont en développement depuis les années 1950 et ils sont en passe d'être révolutionnés par les nanotechnologies. On les utilise déjà comme tampon d'énergie entre le variateur de vitesse et les batteries des voitures électriques, mais aussi dans des situations avec des conditions climatiques extrêmes, pour les démarreurs de locomotives et le contrôle d'orientation des pales des éoliennes par exemple.

Ainsi, des supercondensateurs remplacent des batteries au plomb de camions dans le Grand Nord canadien, car ils supportent mieux les températures très basses. Les supercondensateurs sont aussi très utiles pour le système Start-Stop des voitures, car ils permettent d'économiser du carburant en éteignant et redémarrant rapidement le moteur à chaque feu rouge.

  Les supercondensateurs ont bien des avantages par rapport aux condensateurs classiques et aux batteries. Ils peuvent déboucher sur une révolution technologique si on les fabrique avec du graphène, ce que l’on commence à faire comme le montre cette vidéo. © La Terre du Futur, YouTube

Bientôt des téléphones portables chargés en 30 secondes ?

L'avenir des supercondensateurs sera brillant si l'on arrive à augmenter suffisamment la densité d'énergie qu'ils peuvent stocker. Ils pourront alors remplacer massivement les batteries, d'abord dans les ordinateurs et les téléphones portables et peut-être même ensuite celles qui équiperont les voitures électriques du futur. Des résultats prometteurs ont été obtenus en utilisant du graphène depuis quelque temps. On peut citer ceux exposés dans un article paru dans Journal of Materials Chemistry A et qui proviennent de travaux menés par des chercheurs du laboratoire Lawrence Livermore. Ils sont parvenus à faire un aérogel à base de graphène et l'ont utilisé pour faire un supercondensateur. Selon Patrick Campbell, l'un des physiciens à l'origine de ces travaux : « ce matériau peut potentiellement améliorer la performance des supercondensateurs commerciaux de plus de 100 % ».

Rappelons que l'Union européenne a accordé une enveloppe à hauteur d'un milliard d'euros pour les recherches sur le graphène. Quand on prend conscience des retombées possibles, par exemple justement, avec les supercondensateurs, on comprend pourquoi.