La fibre de carbone, telle que nous la connaissons, est l’un des matériaux les plus impressionnants de notre boîte à outils. Son incroyable légèreté et sa robustesse lui ont permis de s’implanter dans tous les domaines, du cyclisme de compétition à la conception de supervoitures en passant par les avions de pointe. Mais pourrait-il également jouer un rôle dans le stockage d’énergie ? Une équipe de scientifiques a exploré les possibilités, et a déclaré que des formes soigneusement élaborées de ce matériau possèdent effectivement les propriétés électrochimiques nécessaires, ce qui offre des possibilités intéressantes pour la conception de véhicules allégés.

La recherche a été effectuée à l’Université de technologie Chalmers en Suède et a débuté avec un principe assez simple. La fibre de carbone a déjà démontré son potentiel en tant que matériau d’électrode dans des batteries expérimentales, alors que ses propriétés mécaniques sont bien établies. Ces deux attributs peuvent-ils donc être combinés dans un matériau polyvalent ?

La fibre de carbone fabriquée à des fins structurelles est généralement conçue pour être aussi rigide que possible, mais ces matériaux laissent beaucoup à désirer en termes de capacité électrochimique. Inversement, une fibre de carbone dotée de bonnes capacités électrochimiques a tendance à offrir une rigidité bien inférieure.

Dans ce qu’ils disent être un domaine de recherche inexploré, les scientifiques ont cherché à trouver une fibre de carbone qui conviendrait aux deux projets. Cela impliquait d’étudier les microstructures dans différents types de fibres de carbone disponibles dans le commerce, en examinant comment les cristaux à l’intérieur étaient dimensionnés et disposés. Ils ont découvert que les fibres de carbone plus rigides avaient de gros cristaux fortement orientés, tandis que les fibres de carbone moins rigides avaient des cristaux petits et mal orientés.

Les nouvelles connaissances, disent les chercheurs, fournissent une base pour la recherche de fibres de carbone qui atteignent le point de mire, offrant à la fois des propriétés électrochimiques utiles et la rigidité requise. Et comme l’explique l’auteur de l’étude, Leif Asp, il existe un peu de marge de manœuvre dans les connaissances actuelles sur les fibres de carbone disponibles dans le commerce.

« Nous savons maintenant comment fabriquer des fibres de carbone multifonctionnelles pour atteindre une capacité de stockage d’énergie élevée, tout en garantissant une rigidité suffisante », a-t-il déclaré. « Une légère réduction de la rigidité n’est pas un problème pour de nombreuses applications telles que les voitures. Le marché est actuellement dominé par les composites coûteux en fibre de carbone, dont la rigidité est adaptée à l’utilisation des aéronefs. Les fabricants de fibres de carbone ont donc un potentiel d’extension de leur utilisation. « 

Étant donné que le poids est essentiel dans la conception du véhicule et que le produit fini est économe en carburant, les scientifiques imaginent déjà comment ce nouveau matériau, s’il était développé pour faire partie du système énergétique, pourrait faire basculer les choses. Les chercheurs travaillent déjà avec les industries de l’automobile et de l’aviation pour explorer ces possibilités pour les batteries structurelles.

« Une carrosserie ne serait alors pas simplement un élément porteur, mais aussi une batterie », dit-il. « Il sera également possible d’utiliser la fibre de carbone à d’autres fins, telles que la récupération de l’énergie cinétique, des capteurs ou des conducteurs d’énergie et de données. Si toutes ces fonctions faisaient partie d’une carrosserie de voiture ou d’aéronef, le poids pourrait être réduit de manière significative, jusqu’à 50%. « 

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2399-7532/aab707/meta

https://www.chalmers.se/en/departments/ims/news/Pages/carbon-fibre-can-store-energy.aspx