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Les ions confinés stockent plus de charges dans les supercondensateurs

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Les ions confinés stockent plus de charges dans les supercondensateurs

Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d’énergie souvent méconnus du grand public. Au même titre que les accumulateurs lithium-ion, ils font partie de la panoplie de solutions pour le stockage électrochimique de l’énergie. Permettant des vitesses de charge/décharge plus élevées que les batteries, les supercondensateurs sont mieux adaptés pour certaines applications nécessitant de délivrer ou de récupérer de forts pics de puissance sur des temps courts. Ils sont par exemple utilisés commercialement pour alimenter des tournevis électriques qui se chargent en seulement 90 secondes !

 

Dans un article paru le 29 octobre dans Nature Communications, une équipe du réseau Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E) s’est attachée à expliquer une anomalie observée en 2008 : la performance surprenante des supercondensateurs à électrodes nanoporeuses. Il a été avancé, sans évidence expérimentale, que cette performance puisse être liée à l’effet du confinement des ions de l’électrolyte (leur « emprisonnement » dans l’électrode de carbone) au sein de pores sub-nanométriques, suite à leur désolvatation partielle (perte d’une partie de leur(s) interaction(s) avec les molécules de solvant, facilitant ainsi leur accès à des pores de petites tailles).

 

Les chercheurs du RS2E (collaboration étroite entre le Centre inter-universitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux (CIRIMAT, CNRS/Université Paul Sabatier) et le laboratoire Physicochimie des électrolytes, colloïdes et sciences analytiques (PECSA, CNRS/UPMC) viennent de confirmer ce rôle clé du confinement des ions sur l’efficacité du stockage de charges électriques dans les supercondensateurs. Pour arriver à ce résultat, ils n’ont pas utilisé une approche expérimentale mais théorique (simulation informatique). L’originalité de ce modèle est d’utiliser la Dynamique Moléculaire pour simuler un système réaliste (électrodes de carbone nanoporeux et électrolyte). Cette approche a été récompensée par le prix « La Recherche », catégorie physiqueNouvelle fenêtre. Lire l’intégralité de l’article sur le site de l’Institut de chimie du CNRSNouvelle fenêtre.

 

Pour en savoir plus :

Centre inter-universitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux (CIRIMAT, CNRS/Université Paul Sabatier)Nouvelle fenêtre

 

Laboratoire Physicochimie des électrolytes, colloïdes et sciences analytiques (PECSA, CNRS/UPMC)Nouvelle fenêtre

 

Ces travaux ont bénéficié d’un accès aux moyens de calcul du CINES, ils ont été financés par l’ANR (projet « Maicanano », coordonnée par Patrice Simon, 2010-2013) et l’European Research Council (Advanced Grant 2011 « Ionaces »).

 

Référence :

Céline Merlet, Clarisse Péan, Benjamin Rotenberg, Paul Madden, Barbara Daffos, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon et Mathieu Salanne. Highly confined ions store charge more efficiently in supercapacitors. Nature Communications, 29 octobre 2013. doi:/10.1038/ncomms3701Nouvelle fenêtre

  

Contacts chercheurs :

Benjamin Rotenberg l Laboratoire PECSA l benjamin.rotenberg@upmc.fr

Patrice Simon l CIRIMAT l simon@chimie.ups-tlse.fr

 

Vignette : quatre types de sites d’adsorption différents par degré de confinement croissant : « edge », « plane », « hollow », « pocket ». © Patrice Simon



12/11/13