Le Dr Haifei Zhan a dirigé une équipe de recherche pour modéliser la densité énergétique des faisceaux de nanofils de diamant
Satisfaire durablement les besoins énergétiques d’une population croissante exige des solutions inventives, qui ne se limitent pas nécessairement à la chimie des batteries. Les solutions pour stocker l’énergie dans des systèmes mécaniques pourraient plutôt inclure d’énormes tours de blocs oscillants ou, à l’autre bout du spectre, de minuscules faisceaux de fils de carbone ultrafins, comme l’a montré une nouvelle étude de l’université de technologie du Queensland en Australie.
Les chercheurs à l’origine de cette étude décrivent leur système de stockage d’énergie proposé comme un faisceau de nanofils de diamant, qui sont de minuscules structures que les scientifiques des matériaux explorent depuis un certain temps en raison de leurs propriétés physiques uniques. Ces faisceaux sont constitués de très fins fils de carbone unidimensionnels, qui peuvent être tordus ou étirés afin de stocker l’énergie mécanique.
« Comme une bobine comprimée ou un jouet à enrouler pour enfants, l’énergie peut être libérée lorsque le faisceau torsadé se défait », explique l’auteur de l’étude, le Dr Haifei Zhan. « Si vous pouvez fabriquer un système pour contrôler l’énergie fournie par le faisceau de nanofils, ce serait une solution de stockage de l’énergie plus sûre et plus stable pour de nombreuses applications ».
Haifei Zhan et son équipe ont réalisé une modélisation informatique pour étudier la densité énergétique d’un hypothétique faisceau de nanofils de diamant. Selon les résultats, ces systèmes pourraient stocker 1,76 MJ par kilogramme, ce qui est environ quatre à cinq fois plus élevé qu’un ressort en acier de même masse, et jusqu’à trois fois plus que les batteries au lithium-ion.
Si cette densité d’énergie supérieure est une énorme incitation à développer un tel système, sa sécurité en est une autre. Parce qu’elle n’implique pas les types de réactions électrochimiques qui ont lieu dans les batteries lithium-ion, elle évite les risques de fuites, d’explosions ou de simple défaillance chimique.
« À haute température, les systèmes de stockage de produits chimiques peuvent exploser ou devenir insensibles à basse température », explique Le Dr Zhan. « Ils peuvent également fuir en cas de défaillance, ce qui entraîne une pollution chimique. « Les systèmes de stockage d’énergie mécanique ne présentent pas ces risques, ce qui les rend plus adaptés aux applications potentielles dans le corps humain ».
L’équipe imagine toutes sortes d’utilisations pour un tel système, allant des technologies portables, aux outils biomédicaux pour les fonctions cardiaques et cérébrales, à la robotique et autres.
« Les faisceaux de nanofils pourraient être utilisés dans les lignes de transmission électrique de la prochaine génération, l’électronique aérospatiale, et les émissions de champ, les batteries, les textiles intelligents et les composites structurels tels que les matériaux de construction », conclut Haifei Zhan.
