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Les mécanismes moléculaires des supercondensateurs élucidés

Hugo Leroux
Les mécanismes moléculaires des supercondensateurs élucidés

Les chercheurs ont modéllisé l'adsorption des ions (en vert et rouge) sur les électrodes de carbone (en bleu)

© PECSA

Le mécanisme de stockage d’énergie des supercondensateurs a été élucidé à l’échelle moléculaire par une équipe de chercheurs français. Pour la première fois, une image quantitative de ce processus a été fournie grâce à des simulations numériques. Ces travaux vont permettre d’envisager la conception de supercondensateurs aux capacités accrues.

Les supercondensateurs sont des systèmes de stockage de l’énergie électrique complémentaires des batteries. Ne mobilisant pas de réaction chimique, ils offrent des profils de charge/décharge rapides intéressants dans de nombreuses applications, comme la récupération de l’énergie de freinage dans certaines voitures. Revers de la médaille : leur densité énergétique demeure bien inférieure à celles des batteries.

Des travaux publiés par des chercheurs du Laboratoire de physicochimie des électrolytes (UPMC/CNRS/ESPCI) dans la revue Nature Materials pourraient ouvrir la voie à des systèmes alliant la densité des batteries à la puissance des supercondensateurs. Pour comprendre intimement les mécanismes des supercondensateurs, ils ont fait appel à la modélisation numérique. « L’outil numérique nous a permis de simuler des interactions à l'échelle moléculaire, qu'il était impossible d'observer par des technqiues expérimentales », explique Benjamin Rotenberg, co-auteur de la publication.

Moyennant un minutieux travail de modélisation, les chercheurs ont pu comparer la transmission des charges électriques sur différents types d’électrodes, et comprendre pourquoi les condensateurs dotés d’électrodes en carbone nanoporeux sont plus efficaces. Les pores semblent en effet casser le phénomène de ''surécrantage'' - la superposition des couches ioniques - qui nuit aux échanges de charges électriques sur des surfaces plus planes comme le graphite.

Forts de ces résultats, les chercheurs s’attachent à présent à sélectionner les structures de nanopores et les mélanges ioniques les plus appropriées. 

Hugo Leroux

 

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