Percée dans le stockage d’énergie : nouveaux supercondensateurs

Selon une nouvelle étude du Massachusetts Institute of Technology (MIT), les deux matériaux les plus courants dans l'histoire de l'humanité, le ciment et le noir de carbone (semblable au charbon de bois très fin), pourraient devenir les matières premières de base d'un nouveau stockage d'énergie à faible coût. système.

Des chercheurs du MIT ont découvert que ces deux matériaux peuvent se combiner avec l’eau pour fabriquer des supercondensateurs (des substituts aux batteries), capables de stocker de l’énergie électrique. On dit que cette technologie peut maintenir la stabilité du réseau énergétique malgré les fluctuations de l’approvisionnement en énergies renouvelables, favorisant ainsi l’utilisation d’énergies renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne et marémotrice.
 

Par exemple, les chercheurs affirment que leurs supercondensateurs peuvent à terme être intégrés dans les fondations en béton d’une maison, où ils peuvent stocker de l’énergie pendant une journée entière à très peu (ou pas) de frais tout en fournissant la résistance structurelle requise pour la maison. Les chercheurs envisagent également de construire une route en béton qui permettrait de recharger sans contact les véhicules électriques circulant sur cette route.

Les derniers résultats de la recherche ont été récemment publiés dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS).

Un condensateur est un dispositif très simple en principe, constitué de deux plaques conductrices immergées dans l'électrolyte et séparées par une membrane. Lorsqu'une tension est appliquée à un condensateur, les ions chargés positivement de l'électrolyte s'accumulent sur la plaque chargée négativement, tandis que les plaques chargées positivement accumulent les ions chargés négativement.

Grâce à la membrane entre les plaques empêchant la migration des ions chargés, cette séparation des charges crée un champ électrique entre les plaques et le condensateur se charge. Ces deux cartes peuvent maintenir cette paire de charges pendant une longue période, puis les fournir très rapidement en cas de besoin. Un supercondensateur est un condensateur capable de stocker des quantités de charge extrêmement importantes.
La quantité d’électricité qu’un condensateur peut stocker dépend de la surface totale de sa plaque conductrice. La clé du nouveau supercondensateur développé par l’équipe réside dans une méthode de production de matériaux à base de ciment, qui présentent une surface interne extrêmement élevée en raison de leur réseau de matériaux conducteurs dense et interconnecté au sein de leur volume.

Plus précisément, les chercheurs ont atteint cet objectif en plaçant du noir de carbone hautement conducteur, de la poudre de ciment et de l'eau dans un mélange de béton et en le laissant se solidifier. Lorsque l’eau réagit avec le ciment, elle forme naturellement un réseau de ramifications dans la structure et le carbone migre dans ces espaces, formant ainsi une structure linéaire dans le ciment durci.

Ces structures ont une structure fourchue, avec des branches plus grosses donnant naissance à des branches plus petites, et ainsi de suite, formant finalement une très grande surface dans une plage de volume relativement petite.
Plongez ensuite ce matériau dans un matériau électrolytique standard, tel que le chlorure de potassium (un sel), qui fournit des particules chargées qui s'accumulent sur la structure carbonée. Les chercheurs ont découvert que deux électrodes constituées de ce matériau sont séparées par un mince espace ou couche isolante, formant un supercondensateur très puissant.

Les chercheurs soulignent que le ciment et le noir de carbone sont deux matériaux ayant une histoire d’au moins deux mille ans. "Lorsque vous les combinez d'une manière spécifique, vous obtenez un matériau nanocomposite conducteur, et c'est là que les choses deviennent vraiment intéressantes. De plus, la teneur en carbone requise est très faible, représentant seulement 3 pour cent du volume du mélange, ce qui peut former un matériau perméable. réseau de carbone.
Les chercheurs affirment que les supercondensateurs fabriqués à partir de ce matériau ont un grand potentiel pour aider la transition mondiale vers les énergies renouvelables. Les principales sources d’énergie sans émission, telles que l’énergie éolienne, l’énergie solaire et l’énergie marémotrice, génèrent toutes leur production à des moments variables, qui sont souvent incompatibles avec le pic de consommation d’électricité. Les méthodes de stockage de l’électricité sont donc essentielles.

La demande en systèmes de stockage d’énergie à grande échelle est très élevée et les batteries existantes sont trop chères et reposent principalement sur des matériaux tels que le lithium. L’offre de lithium étant limitée, il existe un besoin urgent de solutions alternatives moins coûteuses. C'est là que notre technologie est très prometteuse car le ciment est partout", ont-ils déclaré.
L'équipe de recherche a calculé qu'un béton dopé au noir de carbone nano de 45 mètres cubes (équivalent à un cube d'un diamètre d'environ 3,5 mètres) aurait une capacité suffisante pour stocker environ 10-kilowattheures d'énergie, ce qui est considéré comme la consommation électrique quotidienne moyenne d'un ménage. Grâce à la capacité du béton à conserver sa résistance, les maisons construites avec ce matériau peuvent stocker l'énergie générée par les panneaux solaires ou les éoliennes pendant une journée et être utilisées en cas de besoin. De plus, la vitesse de charge et de décharge des supercondensateurs est bien plus rapide que celle des batteries.
Les chercheurs affirment également que cette technologie pourrait être utilisée initialement dans des maisons isolées, des bâtiments ou des abris éloignés du réseau électrique, qui pourraient être alimentés par des panneaux solaires connectés à des supercondensateurs en ciment.
Ils ont déclaré que le système est très évolutif car la capacité de stockage d’énergie est directement fonction du volume de l’électrode. Vous pouvez transformer une électrode de 1 mm d'épaisseur en une électrode de 1 m d'épaisseur et, ce faisant, vous pouvez essentiellement augmenter votre capacité de stockage d'énergie, de l'éclairage d'une LED pendant quelques secondes à l'alimentation électrique de toute la maison.

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