Une équipe d'ingénieurs des matériaux de l'université de Monash en Australie a mis au point un procédé de production de supercondensateurs en graphène qui ont la même densité d'énergie que les batteries plomb-acide qui équipent les voitures. Ces supercapacités atteignent ainsi une densité d'énergie volumique de 60 watts-heure par litre, ce qui est environ 12 fois mieux que les supercondensateurs du commerce.
Mais la prouesse va plus loin, car pour fabriquer ce graphène pour supercondensateurs, les ingénieurs ont fait appel à un processus semblable à celui utilisé pour la fabrication du papier. Avec un tel procédé, les supercondensateurs en graphène à haute densité pourront rapidement être produits de façon industrielle et rentable.
Le professeur Li explique : "Nous avons créé un matériau de graphène macroscopique qui est une étape au-delà de ce qui a été réalisé auparavant. Il est presque au stade de passer du laboratoire au développement commercial".
Des supercondensateurs haute densité à prix abordable
Pour fabriquer ces supercondensateurs de graphène, les ingénieurs de Monash prennent de l'oxyde de graphite qu'ils réduisent en flocons de graphène de bas grade en utilisant une solution d'hydrazine et d'ammoniaque. Ensuite, l'électrolyte et un solvant sont ajoutés au mélange. Comme le mélange sèche, le solvant qui est volatile s'évapore, provoquant une action capillaire qui aspire les flocons de graphène ensemble, avec l'électrolyte coincée entre chacun des flocons. Finalement, les ingénieurs se retrouvent avec quelque chose qui ressemble à une feuille de papier noir composée de millions de couches de graphène, avec une électrolyte porte charge coincée à l'intérieur. L'électrolyte liquide joue alors un double rôle : maintenir une espacement entre les feuillets de graphène et conduire l'électricité.Les supercondensateurs sont traditionnellement fabriqués à partir de charbon actif, un amas de carbone poreux où l'espace est gaspillé inutilement avec des pores dilatés. Avec une supercap en graphène, la densité est maximale sans compromettre la porosité.
Le supercondensateur en graphène conserve environ 90% de sa capacité après 50 000 cycles de charge / décharge, alors que les batteries Plomb-Acide sont mortes au bout de 400 à 800 recharges (500 à 1000 pour les batteries Lithium-Ion).
Concernant le taux d'autodécharge, ce supercondensateur en graphène créé en laboratoire retient encore 90% de sa charge après 300 heures, alors que le taux d'autodécharge des batteries Plomb-Acide est de 5% par mois. Rappelons que les principales causes de l'autodécharge des supercondensateurs sont identifiées. En adaptant le processus de production pour chasser au maximum les traces d'eau et d'oxygène, ce taux d'autodécharge peut donc considérablement diminuer.
Supercondensateur versus batterie Plomb-Acide
Avant de savoir si ces supercondensateurs en graphène remplaceront rapidement les batteries Plomb de nos voitures, il faudra en connaître le prix de vente final. Car si les batteries Plomb peu performantes équipent actuellement les voitures, c'est parce que la batterie Plomb-Acide est une vieille technologie amortie depuis longtemps et qui coûte très peu cher. Mais grâce à la forte puissance et la capacité des supercondensateurs à supporter un très grand nombre de cycles de recharge, il n'y a pas besoin d'y stocker autant d'électricité pour permettre le démarrage des voitures et de leurs équipements. Le supercondensateur qui équipera donc les voitures en remplacement des batteries Plomb pourra donc être plus petit.
Déjà, certains camions parcourant les contrées très froides du Nord Canada sont équipés de supercondensateurs à la place de batteries Plomb.Les supercondensateurs supportent mieux les températures très basses que les batteries et permettent donc aux camions de démarrer au quart de tour. De plus en plus de voitures sont par ailleurs équipées de supercondensateurs pour gérer le système Start-Stop qui économise du carburant en permettant d'éteindre le moteur à chaque feu rouge et en permettant un redémarrage instantané.
Le potentiel du supercondensateur en graphène va cependant beaucoup plus loin. Il pourrait être utilisé comme batterie pour le photovoltaïque à la maison ou pour des zones pavillonnaires. Les énergies renouvelables qui produisent une énergie intermittente ont en effet besoin de batteries supportant un grand nombre de cycles de recharge pour stocker l'électricité. Mais le supercondensateur deviendra le Graal lorsqu'il obtiendra une densité d'énergie suffisamment importante pour alimenter les voitures électriques. Il sera alors possible de faire le plein de sa voiture électrique en une ou deux minutes, de quoi imposer définitivement la voiture électrique face aux véhicules thermiques si polluants.
Le supercondensateur en graphène détrônera sans doute les batteries
Le graphène a été découvert très récemment en 2004. Cette feuille composée uniquement de carbone et ayant l'épaisseur d'un atome de carbone est incroyablement légère et possède une excellente conductivité électrique. Ces caractéristiques remarquables en font un matériau de choix pour la conception de supercondensateurs à haute densité.De nombreuses équipes de chercheurs à travers le monde travaillent activement pour créer du graphène plus facilement et pour en faire baisser le prix de production. L'équipe d'ingénieurs de l'université de Monash a donc réussi à développer une méthode de production très rentable de supercondensateurs à base de graphène.
En 2012, des chercheurs de l'UCLA (Université de Californie Los-Angeles) avaient déjà créé un exploit en réussissant à produire des électrodes de supercondensateur en graphène en utilisant un simple graveur de DVD vendu dans le commerce.
En juillet 2013, des chercheurs coréens de l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ont développé une nouvelle méthode pour synthétiser massivement des nano-billes de graphène 3D permettant de créer un matériau mésoporeux amélioré et abordable pour les supercondensateurs. Ce procédé permet de synthétiser des nano-réseaux de graphène en trois dimensions (3-D GN) qui peuvent être produit en masse tout en conservant les excellentes propriétés du graphène 2D.
En ce mois d'août 2013, des chercheurs de la Michigan Technological University ont annoncé avoir développé également du graphène 3D qui peut être utilisé pour remplacer le platine utilisé dans les cellules solaires à colorant (DSSC) permettant de faire du film photovoltaïque organique. Ce nouveau matériau n'est pas cher et facile à fabriquer. L'étude ne dit pas si cette façon de produire du graphène 3D pourrait servir dans la conception de supercondensateurs, mais démontre la montée en puissance du graphène dans les produits technologiques.
En août 2013 toujours, des chercheurs de l'Institut royal de technologie KTH en Suède ont annoncé avoir développé une technologie simple et mature pour l'impression par jet d'encre de graphène. Cette technique pourrait notamment servir pour la création d'électronique flexible. Les micro-supercondensateurs flexibles existent déjà et pourront alors servir de système d'alimentation pour l'électronique souple.
D'autres chercheurs ont réussi à créer des supercondensateurs avec une densité d'énergie exceptionnelle et rivalisant même avec les batteries Lithium-Ion. Mais si les recherches sur les supercondensateurs avancent très vite, les supercondensateurs créés en laboratoire ne sont pas tous industrialisables. Les supercondensateurs en graphène de Monash sont industrialisables et pour un prix abordable.
Décidément, la révolution des supercondensateurs est pour bientôt !
Source : http://www.supercondensateur.com/supercondensateur-graphene-batterie-plomb
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