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Posté par Redbran le Lundi 05/10/2015 à 12:00
Des micro-supercondensateurs 1000 fois plus puissants
Une nouvelle électrode multiplie par mille la capacité de stockage des micro-supercondensateurs

Développés depuis une dizaine d'années, les micro-supercondensateurs constituent une alternative intéressante aux micro-batteries en raison de leur puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) élevée et de leur longue durée de vie (La vie est le nom donné :). Mais jusqu'à présent, ils stockaient considérablement moins d'énergie que les micro-batteries, ce qui limitait leur utilisation. Or, des chercheurs du Laboratoire d'analyse et d'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des systèmes (LAAS-CNRS) (1), à Toulouse, et de l'INRS (2), au Québec, viennent de mettre au point (Graphie) un matériau d'électrode qui permet à ces condensateurs électrochimiques de se rapprocher des résultats des batteries, sans pour autant perdre leurs avantages. Ces travaux sont publiés le 30 septembre 2015 dans la revue Advanced Materials.

Avec le développement des systèmes électroniques embarqués (3) et des technologies sans fil, la miniaturisation des dispositifs de stockage d'énergie est devenue nécessaire. Très répandues, les micro-batteries engrangent une grande quantité d'énergie grâce à leurs propriétés chimiques. Elles craignent par contre les écarts de température et souffrent d'une faible puissance électrique et d'une durée de vie limitée, souvent aux alentours de quelques centaines de cycles de charge/décharge. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), les micro-supercondensateurs disposent d'une grande puissance et d'une durée de vie théoriquement infinie, mais ne peuvent stocker qu'une faible quantité d'énergie.

S'ils font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une...) d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) croissant de travaux depuis une dizaine d'années, les micro-supercondensateurs n'ont pas encore trouvé d'applications concrètes. En effet, leur faible densité d'énergie, c'est-à-dire la quantité d'énergie qu'ils peuvent emmagasiner sur un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) ou une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) donnés, ne leur permet pas d'alimenter durablement des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) ou des composants électroniques. Des chercheurs de l'équipe Intégration de systèmes de gestion de l'énergie du LAAS-CNRS, en collaboration avec l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) national de la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) du Québec, ont réussi à lever cette limitation en alliant le meilleur des micro-supercondensateurs et des micro-batteries.

Ils ont ainsi mis au point un matériau d'électrode dont la densité d'énergie surpasse tous les systèmes proposés jusqu'à présent. L'électrode est constituée d'une structure en or extrêmement poreuse, synthétisée par un procédé électrochimique, dans laquelle de l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de ruthénium a été inséré. Ces matériaux onéreux restent ici utilisables, car la taille des composants est de l'ordre du millimètre carré. Cette électrode a ensuite servi à fabriquer un micro-supercondensateur d'une densité d'énergie de 0,5 J/cm², soit environ 1000 fois celle des micro-supercondensateurs existants, et un résultat très proche des caractéristiques des micro-batteries Li-ion actuelles.


Cliché obtenu par microscopie électronique à balayage d'une structure 3D poreuse en or.
© Anaïs Ferris – LAAS

Avec cette nouvelle densité d'énergie, leur longue durée de vie, leur forte puissance et leur tolérance aux écarts de température, ces micro-supercondensateurs pourraient enfin être utilisés sur des microsystèmes embarqués autonomes et intelligents.

Notes:
(1) Le LAAS fait partie des Instituts Carnot, label qui souligne sa capacité à mener des activités de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) propres à renouveler leurs compétences scientifiques et technologiques, et une politique volontariste en matière de recherche partenariale au profit du monde (Le mot monde peut désigner :) socio-économique.
(2) Institut national de la recherche scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.)
(3) Les systèmes embarqués sont des systèmes électroniques autonomes. Ils doivent souvent répondre à des contraintes de taille et de consommation.


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Source: CNRS