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Stocker de l’électricité dans des vêtements grâce aux supercondensateurs

ActualitéClassé sous :technologie , nanotechnologie , graphène

Alimenter les vêtements et autres objets connectés pour les rendre communicants impose des sources d'électricité efficaces. En alternative aux batteries, les supercondensateurs, actuellement utilisés pour de fortes puissances, apporteraient les bonnes performances, avec des décharges possiblement rapides. Une équipe nord-américaine annonce une avancée intéressante, avec des nanofils de niobium, qui pourraient être tissés.

Observé au microscope à balayage électronique, le supercondensateur sous forme de fil tissé avec des nanofils de niobium. Dans la vue agrandie, la partie rose figure la couche de polymère conducteur qui permet d’augmenter la capacité de charge du supercondensateur. Les billes bleues et rouges matérialisent les ions positifs et négatifs. © Massachusetts Institute of Technology, University of British Columbia

Les supercondensateurs intéressent les chercheurs depuis déjà de nombreuses années. Destinés à l'électronique de puissance, ils représentent un intermédiaire entre les batteries et les condensateurs. Ils peuvent en effet stocker provisoirement une grande quantité d'électricité et la libérer très rapidement, à la manière d'un condensateur, mais ne peuvent pas la garder longtemps. Tolérant un très grand nombre de cycles charge-décharge, ils conviendraient, s'ils pouvaient être miniaturisés, à des petits appareils, smartphones, microrobots ou objets connectés via une connexion sans fil.

Pour intégrer des supercondensateurs dans des appareils de si petite taille, les scientifiques travaillent sur des nanotechnologies. Les nanotubes de carbone ainsi que le graphène ont déjà prouvé leur efficacité pour réaliser une microbatterie rechargeable en une seconde ou intégrer une batterie dans un câble flexible. Mais une équipe de chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology, États-Unis) et de l'université de Colombie-Britannique (Canada) a trouvé un nanomatériau alternatif qui semble lui aussi très prometteur.

Ils ont créé un supercondensateur sous la forme d'un fil tissé avec des nanofils de niobium. Il s'agit d'un métal qui présente les mêmes propriétés chimiques que le tantale et qui est couramment employé comme élément d'alliage pour les aciers et certains aimants supraconducteurs.

Seyed Mirvakili, l’un des chercheurs ayant participé à la conception de ce supercondensateur, examine un brin composé de nanofils de niobium. © Craig Cheney

Le niobium comme alternative aux nanotubes de carbone

Dans l'article publié par la revue ACS Applied Materials and Interfaces, les scientifiques assurent que leur fil au niobium est plus résistant et cent fois plus conducteur qu'un supercondensateur utilisant des nanotubes de carbone ou d'autres matériaux. Il peut également stocker jusqu'à cinq fois plus d'énergie dans un volume donné. De quoi réduire très significativement la taille des objets connectés type montres, bracelets d'activité et autres capteurs environnementaux.

Par ailleurs, les nanofils de niobium mesurent seulement 140 nanomètres de diamètre et le supercondensateur est suffisamment souple pour pouvoir être incorporé directement dans du tissu pour la fabrication de vêtements connectés. En outre, le niobium a un point de fusion de très élevé (près de 2.500 °C), ce qui permet d'envisager des applications dans des environnements à haute température. Mais du laboratoire, il faut passer à la mise en œuvre... C'est précisément ce qu'a commencé à faire l'équipe MIT-université de Colombie-Britannique. Elle s'est attelée à concevoir une version industrialisable de son supercondensateur au niobium, sans toutefois donner de délai précis.

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