Des supercondensateurs écologiques à base de résidus forestiers

Des chercheurs de l’université de l’Illinois (USA) affirment que des supercondensateurs à base de charbon de bois (biochar) pourraient générer autant d’énergie que leurs homologues au carbone, pour un coût minime – et avec des sous-produits respectueux de l’environnement.

"Les supercondensateurs sont des dispositifs très similaires à nos batteries" a déclaré Junhua Jiang, ingénieur de recherche au centre des technologies durables à l’Université de l’Illinois.

Les batteries reposent sur des réactions chimiques qui produisent de l’énergie électrique de manière continue, tandis que les supercondensateurs collectent des ions chargés sur des électrodes (dans ce cas, le biochar), et les libèrent rapidement lors de la phase de décharge. Cela leur permet de fournir beaucoup d’énergie dans un temps très bref – lors d’un flash photo, par exemple, ou en réponse à une demande de pointe sur le réseau électrique.

"Les supercondensateurs sont idéales pour des applications nécessitant une puissance instantanée ; certains pourraient même délivrer une puissance constante – comme les batteries, mais à moindre coût", a t-il ajouté. "Ils sont utiles dans les transports, l’électronique et le stockage des énergies renouvelables. Beaucoup de supercondensateurs aujourd’hui utilisent le charbon actif – le plus souvent un élément issu d’une source fossile."

Des supercondensateurs écologiques à base de résidus forestiers

[ Lei Zhang, à gauche, Xinying Wang au centre, et Junhua Jiang ]

"Des processus coûteux et complexes sont généralement utilisés pour développer des microstructures de carbone – pour augmenter et optimiser le nombre et le réseau de pores", a t-il ajouté. "Cela augmente la surface de l’électrode et la capacité des pores à capturer rapidement et à libérer les ions."

Concernant les supercondensateurs en charbon de bois, la structure naturelle des pores sert également de surface pour l’électrode, ce qui élimine la nécessité d’utiliser des techniques de pointe pour fabriquer la structure poreuse. Le biochar peut être produit en chauffant le bois avec peu d’oxygène.

"La taille et la configuration des pores de certains bois sont idéales pour transporter rapidement les ions", a précisé Junhua Jiang. Les chercheurs ont utilisé dans leur étude le cèdre rouge, mais plusieurs autres essences d’arbres comme l’érable et le merisier peuvent aussi bien faire l’affaire.

Les produits chimiques coûteux et corrosifs sont souvent utilisés pour préparer le charbon actif dans les supercondensateurs, donnant aux électrodes les propriétés physiques et chimiques dont elles ont besoin pour bien fonctionner. "L’utilisation de ces produits chimiques a nécessairement des impacts sur l’environnement (…) Cela doit être évité ou au moins sensiblement réduit" a encore indiqué J. Jiang.

L’équipe de chercheurs a traité les cendres du biochar avec de l’acide nitrique afin d’éliminer les carbonates de calcium, de potassium ainsi que d’autres impuretés. "Les sous-produits de ce processus est d’un usage bénéfique" s’est enthousiasmé Mr.Jiang. "La solution de composés à base de nitrate peut être utilisée comme engrais." Ces approches simples permettent de réduire considérablement le coût des matériaux – et environnementaux – d’assemblage des supercondensateurs.

Il apparaît que le coût des matériaux pour produire des supercondensateurs ‘bois-biochar’ est 5 à 10 fois plus faible que celui associé au charbon actif. De plus, quand un supercondensateur ‘bois-biochar’ a atteint la fin de sa vie, les électrodes peuvent être broyés et utilisés comme amendement organique des sols.

"La performance de nos matériaux biochar est comparable à la performance des matériaux de carbone de pointe d’aujourd’hui, y compris le carbone en nanotubes et en graphènes (…) Nous pouvons atteindre des performances comparables à des coûts bien moins importants".

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1 Commentaire sur "Des supercondensateurs écologiques à base de résidus forestiers"

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fragued
Invité

Le stockage d’énergie est le grand défi de ce sciècle. Une grande amélioration dans ce domaine résoudrait les principaux problèmes de transition énergétique. Quand va-t-on comprendre qu’au lieu d’injecter des milliards de dollars, de yens ou d’€ chaque année dans de la dette par le truchement bancaire, il serait plus judicieux d’injecter ces mêmes milliards dans la recherche mondiale sur ce secteur et résorber la dette par l’activité qui en sera issue…??

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