Des supercondensateurs verts légers pourraient charger des appareils en un tournemain

Un prototype du supercondensateur vert réalisé par l’équipe du Dr Hong Liang. Crédit: Texas A&M University College of Engineering

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la Texas A&M University ont décrit leur nouveau dispositif de stockage d’énergie à base de plantes qui pourrait charger même des voitures électriques en quelques minutes dans un proche avenir. En outre, ils ont déclaré que leurs appareils étaient flexibles, légers et rentables.

“L’intégration des biomatériaux dans les dispositifs de stockage d’énergie a été délicate car il est difficile de contrôler les propriétés électriques qui en résultent, ce qui affecte gravement le cycle de vie et les performances des dispositifs. De plus, le processus de fabrication de biomatériaux comprend généralement des traitements chimiques dangereux”, a déclaré Dr Hong Liang, professeur Oscar S. Wyatt Jr. au Département de génie mécanique J. Mike Walker ’66. “Nous avons conçu un dispositif de stockage d’énergie respectueux de l’environnement qui a des performances électriques supérieures et peut être fabriqué facilement, en toute sécurité et à un coût bien inférieur.”

Leurs recherches sont décrites dans le numéro de juin de la revue Stockage d’Energie.

Les dispositifs de stockage d’énergie se présentent généralement sous la forme de batteries ou de supercondensateurs. Bien que les deux types d’appareils puissent fournir des courants électriques en cas de besoin, ils présentent certaines différences fondamentales. Alors que les batteries peuvent stocker de grandes quantités de charge par unité de volume, les supercondensateurs sont beaucoup plus efficaces pour générer une grande quantité de courant électrique sur une courte durée. Cette explosion d’électricité aide les supercondensateurs à recharger rapidement les appareils, contrairement aux batteries qui peuvent prendre beaucoup plus de temps.

Les supercondensateurs ont une architecture interne plus en phase avec les condensateurs de base. Ces deux appareils stockent la charge sur des plaques métalliques ou des électrodes. Cependant, contrairement aux condensateurs de base, les supercondensateurs peuvent être fabriqués dans différentes tailles, formes et conceptions, en fonction de l’application prévue. En outre, les électrodes de supercondensateur peuvent également être construites avec différents matériaux.

Pour leur travail, Liang et son équipe ont été attirées par les nanoparticules de dioxyde de manganèse pour la conception de l’une des deux électrodes de supercondensateur.

“Le dioxyde de manganèse est moins cher, disponible en abondance et plus sûr que d’autres oxydes de métaux de transition, comme le ruthénium ou l’oxyde de zinc, qui sont couramment utilisés pour fabriquer des électrodes”, a déclaré Liang. “Mais un inconvénient majeur du dioxyde de manganèse est qu’il souffre d’une conductivité électrique plus faible.”

Des recherches antérieures ont montré que la lignine, un polymère naturel qui colle les fibres de bois entre elles, utilisée avec des oxydes métalliques améliore les propriétés électrochimiques des électrodes. Cependant, Liang a déclaré qu’il y avait eu peu d’études sur la combinaison du dioxyde de manganèse et de la lignine pour tirer parti de leurs deux propriétés utiles.

Pour créer leur électrode, Liang et son équipe ont traité de la lignine purifiée avec un désinfectant couramment disponible, appelé permanganate de potassium. Ils ont ensuite appliqué une chaleur et une pression élevées pour initier une réaction d’oxydation qui aboutit à la décomposition du permanganate de potassium et au dépôt de dioxyde de manganèse sur la lignine. Ensuite, ils ont enduit le mélange de lignine et de dioxyde de manganèse sur une plaque d’aluminium pour former l’électrode verte. Enfin, les chercheurs ont assemblé le supercondensateur en intercalant un électrolyte gel entre l’électrode de lignine-dioxyde de manganèse-aluminium et une autre électrode en aluminium et charbon actif.

En testant leur électrode verte nouvellement conçue, ils ont constaté que leur supercondensateur avait des propriétés électrochimiques très stables. En particulier, la capacité spécifique, ou la capacité du dispositif à stocker une charge électrique, a peu changé, même après des milliers de cycles de charge et de décharge. En outre, pour un rapport lignine-dioxyde de manganèse optimal, la capacité spécifique a été observée jusqu’à 900 fois plus que ce qui a été rapporté pour d’autres supercondensateurs.

Liang a noté que ces supercondensateurs sont également très légers et flexibles. Ces propriétés étendent leur utilisation comme éléments structurels de stockage d’énergie dans les véhicules, par exemple.

“Dans cette étude, nous avons été en mesure de fabriquer un supercondensateur à base de plantes avec d’excellentes performances électrochimiques en utilisant une méthode durable à faible coût”, a déclaré Liang. “Dans un proche avenir, nous aimerions rendre nos supercondensateurs 100% écologiques en incorporant uniquement des ingrédients verts et durables.”


Le supercondensateur promet le stockage, une puissance élevée et une charge rapide


Plus d’information:
Swarn Jha et al, Conception et synthèse de supercondensateurs flexibles et verts de haute performance en lignine alcaline décorée au dioxyde de manganèse, Stockage d’Energie (2020). DOI: 10.1002 / est2.184

Fourni par
Université Texas A&M

Citation:
Les supercondensateurs verts légers pourraient charger rapidement les appareils (8 septembre 2020)
récupéré le 8 septembre 2020
sur https://techxplore.com/news/2020-09-lightweight-green-supercapacitors-quickly-devices.html

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