En transformant ce déchet dangereux en électrodes de carbone nanoporeuses avancées, les chercheurs démontrent que les mégots de cigarette peuvent constituer une ressource inattendue mais très efficace pour les supercondensateurs. Les dispositifs obtenus présentent une densité d’énergie et de puissance élevée ainsi qu’une stabilité à long terme exceptionnelle, mettant en lumière une rare combinaison d’assainissement environnemental et de valeur technologique.
La demande croissante de stockage d’énergie rapide, fiable et durable met à l’épreuve les technologies conventionnelles comme les batteries lithium-ion. Les supercondensateurs offrent une alternative convaincante car ils stockent l’énergie par accumulation de charge électrostatique, permettant une charge rapide, une puissance de sortie élevée et une longue durée de vie. Leur performance dépend cependant fortement des matériaux d’électrode, en particulier de la surface spécifique, de la structure des pores et de la conductivité électrique. Les carbones poreux dérivés de la biomasse suscitent un intérêt croissant en tant que matériaux d’électrode durables et ajustables. Parmi eux, les mégots de cigarette – principalement composés de cellulose et d’acétate de cellulose – représentent une ressource biomasse sous-utilisée dont la structure polymérique en fait des précurseurs prometteurs pour des carbones poreux avancés lorsqu’ils sont correctement traités.
Une publiée dans Energy & Environment Nexus le 13 janvier 2026 par l’équipe de Leichang Cao, de l’Université du Henan, aborde non seulement l’urgent défi de gérer les millions de tonnes de déchets de mégots générés chaque année, mais indique également une voie évolutive pour produire des matériaux d’électrode durables et à faible coût pour les systèmes de stockage d’énergie de nouvelle génération.
L’étude a d’abord employé une stratégie d’activation par carbonisation hydrothermale–pyrolyse pour convertir les mégots de cigarette usagés en biochars nanoporeux hiérarchiques dopés N,O (CNPBs), suivie d’une caractérisation structurelle, chimique et électrochimique systématique pour élucider les relations structure–performance. Les mégots ont été carbonisés par voie hydrothermale pour former un hydrochar contenant de l’azote avec des morphologies sphériques empilées, puis activés en utilisant de l’hydroxyde de potassium (KOH) à différents ratios et températures pour ajuster l’architecture des pores.
La microscopie électronique à balayage a révélé que les sphères de carbone initialement denses et lisses ont évolué en des structures poreuses tridimensionnelles de type échafaudage après activation au KOH, avec des ratios de KOH croissants transformant les sphères en réseaux mésoporeux plus lâches, semblables à un nid d’abeilles, qui favorisent le transport rapide des ions et des électrons. Les analyses d’adsorption–désorption d’azote ont montré que tous les CNPBs activés présentaient des structures microporeuses–mésoporeuses très développées, l’échantillon optimal (CNPB-700-4) atteignant une surface spécifique ultra-élevée de 2 133,5 m² g⁻¹ et une distribution de taille de pores équilibrée (1–3 nm), permettant un stockage de charge et une diffusion d’électrolyte efficaces. La diffraction des rayons X et la spectroscopie Raman ont en outre démontré qu’une température d’activation modérée (700 °C) préservait une graphitisation favorable tout en limitant la formation excessive de défauts, tandis que des températures plus élevées induisaient un désordre structural.
L’analyse élémentaire et la spectroscopie XPS ont confirmé l’incorporation uniforme de groupes fonctionnels azote et oxygène, incluant des espèces azotées pyridiniques et pyrroliques, qui contribuent à une pseudo-capacité supplémentaire et une conductivité améliorée. Les tests électrochimiques correspondants dans un système à trois électrodes ont révélé que le CNPB-700-4 délivrait la capacité spécifique la plus élevée de 344,91 F g⁻¹ à 1 A g⁻¹, une excellente capacité de débit et une faible résistance interne, avec une rétention de capacité de 95,44 % après 10 000 cycles.
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Lorsqu’il est assemblé en un supercondensateur symétrique à deux électrodes, le matériau a atteint une densité d’énergie élevée de 24,33 Wh kg⁻¹ et une densité de puissance de 373,71 W kg⁻¹, surpassant de nombreux carbones activés dérivés de la biomasse et commerciaux. Ensemble, ces résultats démontrent que la méthode d’activation hydrothermale–contrôlée gouverne directement la structure des pores, la chimie de surface et la graphitisation, qui sous-tendent de manière synergétique les performances électrochimiques exceptionnelles des CNPBs dérivés des mégots de cigarette.
Les résultats montrent que les mégots de cigarette, traditionnellement considérés comme des déchets dangereux, peuvent être transformés en matériaux de stockage d’énergie à haute valeur ajoutée. Les supercondensateurs obtenus sont bien adaptés aux applications à charge rapide et longue durée de vie telles que la stabilisation du réseau, le freinage régénératif et l’électronique portable. Surtout, ce travail présente une stratégie évolutive et écologique de transformation des déchets en ressources qui s’aligne sur les principes de l’économie circulaire, réduisant simultanément la pollution environnementale et soutenant les technologies énergétiques durables.
Article : N,O co-doped hierarchical nanoporous biochar derived from waste cigarette butts for high-performance energy-storage application – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : MAX AP
