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Les supercondensateurs au secours du stockage d'énergie


Des chercheurs du Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux (CIRIMAT, CNRS – Université Paul Sabatier de Toulouse) et de l'université de Drexel (Philadelphie, Etats-Unis) viennent de mettre au point un procédé permettant d'augmenter considérablement la quantité d'énergie stockée par des supercondensateurs. Ces systèmes de stockage d'énergie, dont les applications industrielles étaient jusqu'alors limitées en raison de leur faible densité énergétique, devraient permettre de faire progresser notamment le développement des véhicules "propres". Ces travaux paraissent dans la revue Science du 22 septembre 2006.

Les supercondensateurs, également appelés supercapacités, sont des systèmes de stockage de l'énergie intermédiaires entre les batteries et les condensateurs diélectriques (deux conducteurs séparés par un isolant). Ils ont été longtemps considérés comme la solution au problème posé par, d'un côté, la vitesse de décharge limitée des batteries et, de l'autre côté, la demande croissante de puissance pour l'alimentation des équipements électroniques ou électriques de dernière génération. Cependant, leur application était limitée par la quantité d'énergie qu'ils étaient capables de contenir. C'est cette dernière, en effet, qui définit la durée de la décharge, aujourd'hui limitée à quelques secondes.

Les matériaux utilisés classiquement dans les supercondensateurs sont des carbones que l'on a plongés dans un liquide contenant des ions positifs et négatifs, puis soumis à un courant électrique. Ils possèdent de très grandes surfaces de façon à pouvoir stocker le plus de charges possible. A titre d'exemple, 1 gramme de ces matériaux a une surface équivalente à la moitié d'un terrain de football ! L'étendue de ces surfaces est due à la présence de pores d'un diamètre compris entre 2 et 20 nanomètres (soit 10.000 fois plus fins qu'un cheveu). Cette dimension est un compromis entre une taille trop importante, qui conduirait à une trop faible augmentation de la surface, et une taille trop petite qui empêcherait les ions d'y pénétrer. Ces restrictions quant à la structure des matériaux à utiliser limitaient jusqu'à présent la quantité d'énergie stockée dans les supercondensateurs.

Des chercheurs du Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux (CNRS – Université Paul Sabatier de Toulouse), sous la responsabilité de Patrice Simon, et de l'université de Drexel (Philadelphie, Etats-Unis) ont travaillé sur des carbones dérivés de carbures (CDC), matériaux qui permettent de contrôler très précisément la taille des pores formés. Ils ont montré que, contrairement à ce qui était admis jusqu'à présent, les pores d'une dimension inférieure à 1 nanomètre contribuent de façon importante au processus de stockage de charges, augmentant ainsi la densité d'énergie de ces systèmes de plus de 50% !

Ces travaux devraient permettre le développement d'une nouvelle génération de supercondensateurs à haute densité d'énergie, ouvrant ainsi la voie à des applications dans le domaine des transports (notamment en accélérant le développement des véhicules "propres", électriques ou hybrides, ou utilisant des piles à combustibles) et des secteurs industriels dans lesquels les supercondensateurs sont déjà largement utilisés (sauvegarde de mémoire par exemple).