Et si l’énergie alimentant votre maison ou votre bureau pouvait être générée, stockée et utilisée au même endroit ? C’est l’espoir suscité par la prochaine génération de bâtiments, alimentés par des sources renouvelables qui stockent l’énergie à proximité — voire dans le béton utilisé pour construire le bâtiment lui-même. Dans un article publié dans ACS Nano, des chercheurs présentent un supercondensateur à base de ciment, à la fois efficace et capable de stocker de l’énergie, qui s’avère aussi performant que le béton commercial lors des tests.
« Si les matériaux de construction pouvaient non seulement soutenir les structures, mais aussi stocker de l’énergie, percevoir leur environnement et même interagir avec les gens, les bâtiments deviendraient bien plus que des abris passifs. Ils pourraient devenir de véritables environnements intelligents. » — Jing Zhong
Les supercondensateurs stockent des quantités d’énergie relativement faibles, mais ils absorbent et restituent cette énergie rapidement, et ce parfois pendant des millions de cycles. Ainsi, en intégrant ces dispositifs directement dans des matériaux de construction comme le ciment, les chercheurs espèrent que l’énergie générée à proximité du bâtiment (par des panneaux solaires, par exemple) pourrait être stockée au sein même de la structure, plutôt que dans des batteries encombrantes sur le toit ou dans un local technique. « Si de l’énergie renouvelable est disponible pour recharger [les supercondensateurs] suffisamment souvent, ils pourraient répondre à certains besoins énergétiques grâce à des cycles répétés de charge et de décharge », explique Jing Zhong, auteur correspondant de l’étude.
Zhong et ses collègues Wencai Ren et Haiping Wu ont d’abord mélangé des nanotubes de carbone, du noir de carbone et du ciment pour former une encre d’électrode imprimable. Ensuite, à l’aide d’une imprimante 3D, ils ont déposé l’encre sur une petite dalle de béton selon un motif évoquant des doigts entrelacés. À mesure que le ciment de la dalle s’hydratait, ses pores se remplissaient d’eau et d’ions qui circulaient facilement entre les électrodes. Et comme cette conception réduisait la distance que les ions chargés devaient parcourir, le supercondensateur dans son ensemble s’est révélé plus efficace que les itérations précédentes.
Les tests ont révélé que le supercondensateur à base de ciment présentait une résistance à la compression comparable à celle du béton commercial utilisé dans les dalles et les escaliers. Trois dispositifs imprimés sur la même dalle et reliés par câblage ont également alimenté un petit ensemble de LED. À l’avenir, les supercondensateurs pourraient alimenter tout, de l’éclairage de secours aux capteurs autoalimentés. Enfin, l’équipe a découvert que le nouveau supercondensateur fonctionnait de manière stable sous un chauffage et un refroidissement modérés, mais qu’à environ zéro degré Fahrenheit (moins 18 degrés Celsius), ses performances ont commencé à décliner. Les recherches futures se concentreront sur le renforcement des supercondensateurs dans des conditions de froid.
Zhong explique que « si les matériaux de construction pouvaient non seulement soutenir les structures, mais aussi stocker de l’énergie, percevoir leur environnement et même interagir avec les gens, les bâtiments deviendraient bien plus que des abris passifs. Ils pourraient devenir de véritables environnements intelligents. »
Article : “Monolithic 3D-Printed Interdigitated Cement-Based Supercapacitors for Structural Energy Storage” – Journal : ACS Nano – DOI : Lien vers l’étude
Source : ACS
