Les électrodes en étain améliorent l'efficacité et la durabilité des supercondensateurs

Les dispositifs de stockage d'énergie par supercondensateurs à haute capacité et charge rapide ont longtemps été limités par la composition de leurs électrodes — les connexions responsables de la gestion du flux d'électrons lors de la charge et de la décharge. Des chercheurs ont désormais développé un meilleur matériau pour améliorer la connectivité tout en préservant la recyclabilité et le faible coût.

Le défi des micro-supercondensateurs

L'équipe a étudié les connexions dans un micro-supercondensateur, utilisé dans de petits capteurs portables pour surveiller les signes vitaux. L'oxyde de cobalt — un matériau abondant et peu coûteux offrant une capacité théorique élevée de transfert rapide de charge — constitue généralement les électrodes. Cependant, les matériaux mélangés à l'oxyde de cobalt pour former une électrode peuvent réagir défavorablement, entraînant une capacité énergétique bien inférieure au potentiel théorique.

Une solution par simulation et dopage

Les chercheurs ont effectué des simulations à partir d'une bibliothèque atomique pour déterminer si l'ajout d'un autre matériau — le dopage — pouvait amplifier les caractéristiques souhaitées de l'oxyde de cobalt comme électrode en fournissant des électrons supplémentaires tout en minimisant, voire éliminant, les effets négatifs. Ils ont modélisé diverses espèces et concentrations de matériaux pour observer leurs interactions avec l'oxyde de cobalt. De nombreux matériaux candidats étaient trop coûteux ou toxiques ; l'équipe a donc choisi l'étain, largement disponible, peu coûteux et non nocif pour l'environnement.

Résultats expérimentaux prometteurs

Les simulations ont montré qu'en substituant partiellement le cobalt par de l'étain et en liant le matériau à un film de graphène disponible dans le commerce — un matériau monoatomique qui supporte les matériaux électroniques sans en altérer les propriétés — il était possible de fabriquer une électrode peu coûteuse et facile à développer. Une fois les simulations terminées, l'équipe a mené des expériences pour valider les résultats.

Les résultats expérimentaux ont confirmé une conductivité significativement accrue de la structure d'oxyde de cobalt après substitution partielle par l'étain. Le dispositif développé devrait trouver des applications pratiques prometteuses en tant que dispositif de stockage d'énergie de nouvelle génération.

Prochaines étapes : vers des supercondensateurs flexibles

L'équipe prévoit désormais d'utiliser sa propre version de film de graphène — une mousse poreuse créée par découpe partielle puis fracture au laser — pour fabriquer un condensateur flexible permettant une conductivité rapide et aisée. Le supercondensateur est un composant clé. L'équipe s'intéresse également à le combiner avec d'autres mécanismes pour servir de capteur et de collecteur d'énergie.