Les dispositifs portables, comme les montres connectées et les lunettes de réalité augmentée, sont en train de bousculer le domaine de la santé et du travail à distance. Leur petite taille et leur légèreté limitent encore leur capacité de stockage d’énergie, un obstacle technique à l’intégration de fonctionnalités variées. Pour que ces appareils puissent réaliser pleinement leur potentiel, il devient nécessaire de développer une méthode de stockage d’énergie plus légère et plus efficace.
L’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a annoncé qu’une équipe de recherche conjointe, dirigée par les docteurs Hyeonsu Jeong et Namdong Kim du Centre des matériaux composites fonctionnels de la branche de Jeonbuk, ainsi que par le docteur Seungmin Kim du Centre des matériaux de fusion du carbone, a mis au point un matériau d’électrode fibreux capable de stocker de l’énergie. Ces fibres sont résistantes, légères et hautement flexibles, ce qui permet une plus grande liberté dans la conception des dispositifs portables et la possibilité de les fabriquer sous diverses formes et applications.
Les fibres de nanotubes de carbone sont flexibles, légères et possèdent d’excellentes propriétés mécaniques et électriques, ce qui en fait un matériau prometteur pour les dispositifs portables. En raison de leur faible surface spécifique et de leur manque d’activité électrochimique, les études précédentes les ont principalement utilisées comme collecteur de courant et ont revêtu leur surface de matériaux actifs. L’approche est non seulement peu économique en raison du coût élevé des matériaux et des processus supplémentaires, mais présente également une forte probabilité de séparation du matériau actif de la fibre lors d’une utilisation prolongée ou d’une déformation physique.
Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche du KIST a développé un matériau d’électrode fibreux à haute capacité de stockage d’énergie sans avoir recours à des matériaux actifs. L’équipe a mis au point des fibres de nanotubes de carbone possédant à la fois une activité électrochimique et d’excellentes propriétés physiques en traitant à l’acide et en modifiant des nanotubes de carbone sous forme de poudre, puis en les filant en fibres.
La fibre de nanotubes de carbone modifiée possède une capacité de stockage d’énergie 33 fois supérieure, une résistance mécanique 3,3 fois supérieure et une conductivité électrique plus de 1,3 fois supérieure à celles des fibres de nanotubes de carbone ordinaires. De plus, comme le matériau d’électrode de stockage d’énergie a été développé en utilisant uniquement des fibres de nanotubes de carbone pures, il peut être produit en masse à l’aide de la technologie de filage humide.
Lors des tests effectués avec des supercondensateurs en forme de fibres, ceux-ci ont conservé près de 100 % de leurs performances lorsqu’ils étaient noués et 95 % de leurs performances après 5 000 tests de flexion. Ils ont également bien fonctionné lorsqu’ils ont été tissés dans les bracelets de montres numériques en utilisant une combinaison de fibres ordinaires et de fibres de nanotubes de carbone, après avoir été pliés, pliés et lavés.
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Le docteur Kim Seung-min du KIST a expliqué la signification de l’étude en déclarant : « Nous avons confirmé que les nanotubes de carbone, qui ont récemment recommencé à attirer l’attention en tant que matériau conducteur pour les batteries secondaires, peuvent être utilisés dans un éventail de domaines beaucoup plus large. »
Le docteur Hyeon Su Jeong, co-chercheur, a ajouté : « La fibre de nanotubes de carbone est un domaine compétitif car nous disposons de la technologie originale et l’écart technologique avec les pays avancés n’est pas très important. Nous poursuivrons nos recherches pour l’appliquer en tant que matériau de base pour le stockage d’énergie atypique. »
Un autre co-chercheur, le docteur Nam-dong Kim, a déclaré : « Nous menons actuellement des recherches pour appliquer cette technologie à des batteries de type fibre avec une densité d’énergie plus élevée, au-delà des supercondensateurs. »
Article : « Active Material-Free Continuous Carbon Nanotube Fibers with Unprecedented Enhancement of Physicochemical Properties for Fiber-Type Solid-State Supercapacitors » – DOI: 10.1002/aenm.202303003
