Une équipe internationale de scientifiques, comprenant deux chercheurs du Centre pour la technologie des capteurs avancés (CAST) à l’UMBC, a démontré que des nanotubes de carbone torsadés peuvent stocker trois fois plus d’énergie par unité de masse que les batteries lithium-ion avancées.
La découverte présentée pourrait positionner les nanotubes de carbone comme une solution intéressante pour le stockage d’énergie dans des dispositifs nécessitant légèreté, compacité et sécurité, comme les implants médicaux et les capteurs.
Les nanotubes de carbone : une structure unique
Les chercheurs ont étudié des nanotubes de carbone à paroi simple, ressemblant à des pailles fabriquées à partir de feuilles de carbone pur d’une épaisseur d’un atome. Les nanotubes de carbone sont légers, relativement faciles à fabriquer et environ 100 fois plus résistants que l’acier. Leurs propriétés remarquables ont incité les scientifiques à explorer leur utilisation potentielle dans une large gamme de technologies futuristes, y compris les ascenseurs spatiaux.
Pour évaluer le potentiel des nanotubes de carbone en matière de stockage d’énergie, les chercheurs de l’UMBC et leurs collègues ont fabriqué des «cordes» de nanotubes de carbone à partir de faisceaux de nanotubes disponibles dans le commerce. Après avoir tiré et torsadé les tubes en un seul fil, les chercheurs les ont ensuite recouverts de différentes substances destinées à augmenter la résistance et la flexibilité des cordes.
Résultats prometteurs
Le groupe a testé la capacité de stockage d’énergie des cordes en les torsadant et en mesurant l’énergie libérée lors du dénouement des cordes. Les meilleures cordes ont pu stocker 15 000 fois plus d’énergie par unité de masse que les ressorts en acier, et environ trois fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion.
L’énergie stockée reste constante et accessible à des températures allant de -76 à +212 °F (-60 à +100 °C). Les matériaux des cordes de nanotubes de carbone sont également plus sûrs pour le corps humain que ceux utilisés dans les batteries.
«Les humains stockent depuis longtemps de l’énergie dans des ressorts mécaniques pour alimenter des dispositifs tels que les montres et les jouets,» déclare Kumar Ujjain. «Cette recherche montre que les nanotubes de carbone torsadés ont un grand potentiel pour le stockage d’énergie mécanique, et nous sommes ravis de partager cette nouvelle avec le monde.»
L’équipe du CAST travaille déjà à incorporer les nanotubes de carbone torsadés comme source d’énergie pour un prototype de capteur en développement.
Légende illustration : Des images prises au microscope électronique à balayage montrent des « cordes » de nanotubes de carbone soumises à différentes torsions. Crédit : n-situ micrographs observed by Preety Ahuja
Article : « Giant nanomechanical energy storage capacity in twisted single-walled carbon nanotube ropes » – DOI: 10.1038/s41565-024-01645-x
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