Les chercheurs de l’UCF Kowsik Sambath Kumar, Jayan Thomas et Deepak Pandey avec des échantillons de leur matériau hybride batterie-supercondensateur qui pourrait former des « combinaisons/revêtements électriques » pour les véhicules électriques.
Il existe une branche passionnante de la recherche sur les batteries qui consiste à combiner la résistance et la durabilité des matériaux de nouvelle génération avec leur potentiel de stockage d’énergie. Ainsi, les panneaux des voitures pourraient faire office de batteries et, dans un nouvel exemple, des scientifiques ont mis au point une « combinaison/revêtement de puissance » pour les véhicules électriques qui pourrait non seulement augmenter leur autonomie, mais aussi leur donner un coup de pouce pratique en termes d’accélération.
Parfois appelées « batteries structurelles », ces batteries ont fait l’objet d’avancées intéressantes de la part de groupes de recherche et même de constructeurs automobiles de renom. En 2013, Volvo a présenté des panneaux de carrosserie en fibre de carbone ayant un potentiel de stockage d’énergie, et d’autres équipes ont présenté des concepts similaires depuis. Ces projets visaient à combiner la haute densité d’énergie des batteries avec les taux de décharge ultra-rapides des supercondensateurs, dans des matériaux suffisamment solides pour servir d’extérieur à une voiture.
Les scientifiques de l’Université de Floride centrale et de la NASA ont conçu un nouveau matériau doté de propriétés uniques qui lui confèrent non seulement un potentiel de stockage d’énergie impressionnant, mais aussi la résistance nécessaire pour résister à un accident de voiture.
Les scientifiques ont pris des couches de fibre de carbone chargées positivement et négativement et les ont empilées ensemble selon un motif alterné. Des feuilles de graphène ont été intercalées entre les couches pour renforcer leur capacité de stockage d’énergie. Les piles ont été fixées à des électrodes recouvertes d’oxydes métalliques pour augmenter la tension et la densité d’énergie du dispositif.
Ce dispositif hybride supercondensateur-batterie est aussi solide que l’acier, plus léger que l’aluminium et présente un ensemble de propriétés souhaitables pour les véhicules électriques. Selon les scientifiques, s’il est utilisé comme carrosserie de voiture type pour compléter la batterie, il pourrait augmenter l’autonomie de 25 %, la faisant passer de 321 km par charge à 402 km, par exemple.
« Aujourd’hui, dans les voitures électriques, la batterie représente 30 à 40 % du poids de la voiture », a déclaré Kowsik Sambath Kumar, co-auteur de l’étude. « Grâce à ce composite de stockage d’énergie, nous pouvons augmenter le kilométrage sans augmenter le poids de la batterie et réduire le poids du véhicule tout en maintenant une résistance élevée à la traction, à la flexion et aux chocs. Chaque fois que vous diminuez ce poids, vous pouvez augmenter l’autonomie, donc cela a d’énormes applications dans les voitures électriques et l’aviation. »
Grâce à ses capacités similaires à celles d’un supercondensateur, le dispositif pourrait également décharger rapidement de l’énergie afin d’influer sur l’accélération, propulsant un véhicule électrique de zéro à 97 km/h en trois secondes. En outre, les matériaux sont tous non toxiques et ininflammables, ce qui est important pour la sécurité routière, et les scientifiques affirment que la durée du cycle de charge-décharge est dix fois supérieure à celle d’une batterie de voiture électrique typique.
« Il s’agit d’une amélioration considérable par rapport aux approches antérieures qui ont souffert de problèmes liés aux matériaux toxiques, aux électrolytes organiques inflammables, aux faibles cycles de vie ou aux performances médiocres », a déclaré Jayan Thomas, co-auteur de l’étude.
Les scientifiques considèrent que cette technologie s’étend bien au-delà du monde des véhicules électriques. Ils imaginent qu’elle pourrait être utilisée dans les drones, les appareils portables et les technologies portables telles que les lunettes futuristes ou les casques de réalité virtuelle. L’une des applications les plus immédiates pourrait être dans l’espace, l’équipe vantant son potentiel en tant que matériau pour la construction de satellites.
« La fabrication d’un satellite cubique à partir de ce composite rendra le satellite léger et permettra d’éliminer le lourd pack de batteries », a déclaré l’auteur de l’étude, Deepak Pandey. « Cela pourrait permettre d’économiser des milliers de dollars par lancement. En outre, le volume libre gagné par la suppression des grosses batteries pourrait permettre d’intégrer davantage de capteurs et d’équipements de test, augmentant ainsi la fonctionnalité du satellite. Le comportement hybride supercondensateur-batterie est idéal pour les CubeSats car il peut se charger en quelques minutes lorsqu’un satellite est en orbite au-dessus de la face éclairée par le soleil de la Terre. »
