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Un chercheur primé de l’université Tulane a dirigé une équipe qui a fait des découvertes qui pourraient permettre de recharger beaucoup plus rapidement les véhicules électriques et les appareils portables tels que les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables.

De nouveaux matériaux à l’échelle nanométrique

L’équipe, dirigée par Michael Naguib, titulaire de la chaire Ken et Ruth Arnold en sciences et ingénierie, a conçu de nouveaux matériaux à l’échelle nanométrique pour atteindre des densités de puissance et d’énergie élevées. Ce nouveau matériau a le potentiel de réduire le temps de charge de plusieurs heures à quelques minutes.

« Les performances que nous obtenons – en matière de densité d’énergie et de puissance – sont exceptionnelles et comblent le fossé entre les batteries et les condensateurs », a déclaré M. Naguib.

M. Naguib est un expert des matériaux bidimensionnels et du stockage électrochimique de l’énergie. Selon lui, le passage aux énergies renouvelables a entraîné un besoin urgent de dispositifs de stockage d’énergie électrochimique capables de gérer des taux de charge élevés et d’avoir une grande capacité.

Bien que les batteries lithium-ion offrent l’une des densités d’énergie les plus élevées, « elles ont encore de la difficulté à supporter des taux de charge élevés et leurs électrolytes posent des problèmes de sécurité ».

D’autre part, les condensateurs électrochimiques aqueux, également appelés supercondensateurs, peuvent fournir une puissance très élevée, mais leur densité énergétique est limitée.

Ce dispositif utilise le MXenes

Financés par le Energy Frontier Research Center (DOE-EFRC) du ministère de l’énergie dans le cadre du centre Fluid Interface Reactions, Structures and Transport (FIRST), les travaux de Naguib tournent autour des MXenes; des matériaux de stockage d’énergie prometteurs qui sont conducteurs et peuvent accueillir des ions, comme le lithium, entre les couches.

Les liquides ioniques à température ambiante sont des électrolytes prometteurs car ils offrent une stabilité et une plus grande densité énergétique. Mais comme leurs ions sont très gros et incapables de passer entre les couches de MXene, la quantité d’énergie stockée est limitée.

« Ici, nous avons introduit des piliers entre les couches pour les ouvrir, ce qui permet aux ions du liquide ionique d’être stockés entre les couches de MXene, et d’atteindre ainsi des densités d’énergie et de puissance très élevées », a déclaré Naguib.

Optimiser ce dispositif

Selon lui, ces travaux illustrent l’importance de l’optimisation et de l’ingénierie de l’espacement dans les matériaux 2D afin de libérer leur potentiel pour de nouvelles applications. La prochaine étape pour l’équipe sera d’optimiser ce dispositif et facilité sa conception.

Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.

Source : Tulane University
Crédit photo : Pexels