Des liquides ioniques pour de meilleurs supercondensateurs
Publié par Adrien le 02/10/2019 à 08:00
Source: CNRS INC
Les supercondensateurs stockent l'énergie et la restituent en pics intenses. Un de leurs composants les plus cruciaux, l'électrolyte, permet la circulation du courant entre deux électrodes. Une équipe internationale, centrée autour du Laboratoire de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations...) (LCH, CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) du Massachusetts (MIT), conçoit de nouveaux électrolytes à partir de liquides ioniques, des sels liquides à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) ambiante. Selon des travaux publiés dans Nature Materials, ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) boostent les performances des supercondensateurs et les rendraient plus robustes face à des températures élevées.


L'autoassemblage en couches de liquides ioniques.
© Mao et al.

Contrairement aux batteries, les supercondensateurs délivrent une forte puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) électrique, mais sur un laps de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) court. Ils sont en cela très adaptés au démarrage des véhicules et à toutes applications qui demandent des pics ponctuels d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Les supercondensateurs comportent deux électrodes qui baignent dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) conducteur: l'électrolyte. Un élément critique dont l'amélioration bénéficie au stockage d'énergie. Un groupement de scientifiques, issus en particulier du Laboratoire de chimie (LCH, CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon) et de l'Institut de technologie du Massachusetts (MIT), développe ainsi des liquides ioniques qui offrent d'excellentes performances en tant qu'électrolytes.

Si les électrolytes classiques sont composés d'ions en solution dans de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) ou un solvant, les liquides ioniques sont des sels naturellement liquides à température ambiante. Les chimistes conçoivent leurs propres électrolytes à partir de cations imidazolium et d'anions surfactants, des produits connus pour leurs propriétés détergentes. Les liquides ioniques obtenus sont amphiphiles: ils possèdent une partie hydrophile et une partie hydrophobe (Un composé est dit hydrophobe (du grec υδρο, hydro = eau, et Φοβοσ, phóbos = peur) ou lipophile quand il est soluble dans les corps gras, mais insoluble dans l'eau.). Cette propriété leur permet de s'autoassembler en couches au-dessus des électrodes, un agencement qui favorise la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) des charges électriques dans le supercondensateur (Un supercondensateur est un condensateur de technique particulière permettant d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie...), améliorant ainsi la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre...) d'énergie stockée et la puissance délivrée. Ces liquides ioniques ont également l'avantage de n'être ni toxiques ni inflammables, et de ne pas s'évaporer à des températures dépassant les 200 degrés Celsius. Cette dernière propriété les rend particulièrement intéressants pour des applications minières, spatiales ou industrielles, où les électrolytes classiques ne supporteraient pas les conditions de température.

Références

Xianwen Mao, Paul Brown, Ctirad Červinka, Gavin Hazell, Hua Li, Yinying Ren, Di Chen, Rob Atkin, Julian Eastoe, Isabelle Grillo, Agilio. A. H. Padua, Margarida. F. Costa Gomes et T. Alan Hatton.
Self-assembled nanostructures in ionic liquids facilitate charge storage at electrified interfaces
Nature Materials - Août 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0449-6
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