Une percée chinoise augmente la tension et la stabilité des supercondensateurs à base d'eau

Les supercondensateurs stockent l'énergie différemment des batteries ordinaires. Au lieu d'utiliser des réactions chimiques, ils s'appuient sur la séparation des ions. Cela leur permet de se charger et de se décharger beaucoup plus rapidement. Ils sont déjà utilisés dans des technologies telles que le freinage par récupération et la stabilisation du réseau. Mais jusqu'à présent, elles ont été confrontées à de sérieuses limitations.

La plupart des supercondensateurs utilisent des électrolytes à base d'eau. Ceux-ci sont plus sûrs et moins chers que les alternatives organiques, mais ils se décomposent à des tensions faibles, généralement inférieures à 1 volt. Ils résistent également aux températures extrêmes, gelant en dessous de 0°C et bouillant à 100°C. Ces inconvénients ont limité leur utilisation dans les véhicules électriques et autres environnements exigeants.

L'équipe de recherche chinoise s'est attaquée à ce problème avec un nouveau mélange d'électrolytes. Leur formule combine de l'eau, un liquide ionique appelé EMIMNTf₂ et du trifluorométhanesulfonate de potassium (KOTf). Normalement, l'eau et les liquides ioniques ne se mélangent pas, mais le sel de potassium aide à restructurer les liaisons hydrogène de l'eau, ce qui permet aux liquides de se combiner.

Ce changement empêche l'eau de se décomposer, ce qui permet au supercondensateur de fonctionner à 3,37 volts, soit près de trois fois la tension habituelle. Il reste également stable de 0 à 100 °C, ce qui le rend beaucoup plus utile dans des conditions réelles.

Le prototype s'est également avéré durable : il a conservé 81,81 TTP3T de sa capacité après 10 000 cycles de charge-décharge à 60 °C. À titre de comparaison, les supercondensateurs commerciaux peuvent perdre jusqu'à 30% de leur capacité après seulement 5 000 cycles.

La densité énergétique est un autre point positif. Bien qu'il n'atteigne pas encore le niveau des batteries lithium-ion, le nouveau dispositif s'en rapproche ; il conserve également les avantages de la charge et de la décharge rapides qui rendent les supercondensateurs uniques.

Cependant, il reste des défis à relever. Le nouvel électrolyte est encore au stade du laboratoire. La mise à l'échelle pour la production industrielle nécessitera de nouvelles méthodes, et les systèmes de VE existants devront être profondément remaniés pour pouvoir supporter une tension plus élevée.

Les experts estiment que cette avancée est prometteuse, mais soulignent la nécessité d'une fabrication rentable avant qu'elle ne puisse concurrencer les technologies de batteries existantes. Si ces obstacles sont surmontés, le nouveau système pourrait réduire la dépendance au lithium et offrir une option plus durable et plus rapide à charger.

Cette recherche s'inscrit dans le cadre de l'effort plus large de la Chine en matière d'innovation dans le domaine du stockage de l'énergie. Depuis 2015, le pays a déposé plus de 75% de brevets mondiaux liés aux supercondensateurs. Cette dernière avancée soutient les efforts mondiaux visant à améliorer le stockage dans les réseaux et à électrifier les transports à l'aide de technologies plus propres et plus efficaces.

Même s'il ne remplacera pas de sitôt les batteries lithium-ion, ce système hybride pourrait ouvrir la voie à de nouvelles combinaisons alliant les points forts des deux types de batteries.