Ces rangées de nanotubes de carbone semblables à des forêts ont été créées sur un substrat élastomère qui a été pré-étiré dans un sens puis laissé se contracter. Ce processus permet de créer des supercondensateurs extensibles qui contiennent plus de charge dans moins d’espace et restent fonctionnels même lorsqu’ils sont étirés jusqu’à huit fois leur taille d’origine.
Nous avons déjà vu des supercondensateurs flexibles, mais qu’en est-il d’un qui soit extensible ? Une nouvelle découverte des chercheurs de l’université de Duke et de l’université d’État du Michigan (MSU) pourrait déboucher sur une excellente source d’énergie extensible pour les appareils électroniques portables.
Les supercondensateurs sont bien sûr connus pour leur excellente densité de puissance, car ils chargent et déchargent beaucoup d’énergie rapidement et ont une durée de vie plus longue que les batteries chimiques, qui ont généralement (mais pas toujours) l’avantage de stocker beaucoup plus d’énergie.
Cette équipe de recherche s’est efforcée de mettre au point une source d’énergie véritablement flexible pour les articles portables sur lesquels elle travaillait. « Notre objectif est de développer des dispositifs innovants qui peuvent survivre à des déformations mécaniques comme l’étirement, la torsion ou la flexion sans perdre de leurs performances », a déclaré Yunteng Cao, directeur du laboratoire des machines et de l’électronique douce à la MSU. « Mais si la source d’énergie d’un dispositif électronique extensible n’est pas extensible, alors l’ensemble du système du dispositif sera contraint d’être non extensible ».
L’équipe a frappé un grand coup avec un dessin qui commence par une petite « forêt de nanotubes de carbone » sur une plaquette de silicium – des millions de nanotubes d’une hauteur de 20 à 30 micromètres dans une plaque d’environ 15 nanomètres de diamètre. Les extrémités sont recouvertes d’une couche de nanofilm d’or, qui diminue la résistance du dispositif final et lui permet de transférer la charge beaucoup plus rapidement que les conceptions précédentes.
Cette couche est déposée, côté or vers le bas, sur un substrat élastique qui est étiré sous tension jusqu’à quatre fois sa longueur normale. Une fois qu’il est en place, la tension est relâchée et le tout s’effrite, écrasant les « arbres » nanotubes de la « forêt » en une densité encore plus élevée. Enfin, les « forêts » de nanotubes sont remplies d’un électrolyte en gel capable de piéger les électrons à la surface des nanotubes. À ce stade, le fait de prendre en sandwich deux de ces électrodes et d’appliquer une tension envoie tous les électrons d’un côté à l’autre, où ils peuvent être stockés et ensuite libérés sous forme d’énergie.
Lorsque les forêts de nanotubes de carbone sont placées sur un substrat élastomère préétiré dans deux directions, cela crée un labyrinthe de spaghettis au lieu de rangées, ce qui améliore les performances du supercondensateur étirable
A ce stade, la construction d’un patch de la taille d’un timbre-poste vous permet d’obtenir un supercondensateur de deux volts. Si vous en connectez quatre ensemble, disent les chercheurs, vous pourriez alimenter une montre Casio de deux volts pendant une heure et demie. « Nous avons encore du travail à faire pour construire un système électronique extensible complet », a déclaré Yunteng Cao. « Le supercondensateur démontré dans cet article ne va pas encore aussi loin que nous le souhaitons. Mais avec cette base d’un supercondensateur robuste et extensible, nous pourrons l’intégrer dans un système qui se compose de fils extensibles, de capteurs et de détecteurs pour créer des dispositifs entièrement extensibles ».
Comme presque tous ceux à qui nous avons parlé et qui travaillent sur la prochaine génération de supercondensateurs, cette équipe affirme qu’elle fonctionnera probablement mieux dans un système d’énergie hybride avec des éléments de batterie chimiques, qui peuvent fournir la densité d’énergie nécessaire à la densité de puissance des supercondensateurs, chacun jouant sur ses forces.
« Un supercondensateur peut se charger rapidement et survivre à des milliers, voire des millions de cycles de charge », a déclaré Jeff Glass, professeur d’ingénierie électrique et informatique à Duke. « Alors que les batteries peuvent stocker plus de charge afin de durer longtemps. En les mettant ensemble, on obtient le meilleur des deux mondes. Elles remplissent deux fonctions différentes au sein du même système électrique ».
https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3518537
https://pratt.duke.edu/about/news/stretchable-supercapacitors
