Supercondensateurs redox : un matériau très prometteur à l’étude
Des chercheurs du RS2E se sont joints à une équipe internationale pour tester les limites d'un carbure métallique. Le but? Optimiser les performances des supercondensateurs
Au sein du RS2E, la thématique du stockage capacitif vise à concevoir de nouveaux matériaux et architectures d’électrodes pour améliorer la densité d’énergie des supercondensateurs. C’est dans ce cadre que des chercheurs du réseau, Zifeng Lin (doctorant), Pierre-Louis Taberna et Patrice Simon (laboratoire CIRIMAT, CNRS-Université de Toulouse) se sont joints à une équipe internationale des universités de Drexel (USA) et Bar-Ilan (Israël) pour travailler sur un matériau prometteur, le Ti3C2 de la famille des MXene. Des électrodes micro-structurées de ce carbure métallique ont montré des performances électrochimiques très intéressantes, laissant entrevoir des possibilités nouvelles pour le développement de supercondensateurs plus performants. Les travaux du groupe de scientifiques sont publiés cette semaine dans la prestigieuse revue scientifique Nature Energy. (link is external)
Batteries, supercondensateurs, pseudocondensateurs…Quelles différences ?
Dans la famille des technologies de stockage et conversion électrochimique de l’énergie, les supercondensateurs peuvent paraitre méconnus face aux batteries, plus couramment utilisées dans notre vie quotidienne. Les batteries possèdent une grande densité d’énergie, qui correspond à la quantité d’énergie stockée pour un volume ou un poids donné, ce qui permet par exemple d’alimenter des appareils électroniques portables comme les smartphones, pendant plusieurs jours. Les supercondensateurs, en revanche, stockent moins d’énergie que les batteries mais peuvent se décharger ou se recharger plus rapidement. Pour augmenter leur densité d’énergie, une alternative au carbone poreux classiquement utilisé dans les supercondensateurs consiste à utiliser des matériaux dits pseudocapacitifs. Ces derniers stockent l’énergie grâce à des réactions d’oxydation/réduction rapides limitées à la surface.
Le carbure métallique 2D MXene Ti3C2Tx
La recherche dans le domaine du stockage capacitif s’attache donc notamment à élaborer des nouveaux matériaux possédant des capacités exaltées. L’équipe du CIRIMAT s’est intéressée à un type de matériau particulier, le Ti3C2, un carbure de métallique de la famille des MXene. La structure 2-Dimensions (2D) de ce matériau le rend particulièrement intéressant pour le stockage capacitif puisqu’il offre une surface accessible élevée aux ions de l’électrolyte. La difficulté est de maintenir l’accès à cette surface de l’électrolyte lors du fonctionnement du système : c’est ce que les chercheurs ont réalisé, en travaillant sur l’architecture des électrodes de MXène.
©Rs2e
Références
Ultrahigh-rate pseudocapacitive energy storage in two-dimensional transition metal carbides (link is external)
M.R. Lukatskaya, S. Kota, Z. Lin, M-Q. Zhao, N. Shpigel, M.D. Levi, J. Halim, P-L. Taberna, M.W. Barsoum, P. Simon, Y. Gogosti
Nature Energy, 10/07/2017, DOI : 10.1038/nenergy.2017.105