Mise au point d’un supercondensateur qui surmonte ses limites

Une équipe de recherche coréenne a mis au point un supercondensateur à haute performance qui devrait devenir la prochaine génération de dispositifs de stockage de l’énergie. La technologie mise au point par les chercheurs surmonte les limites des supercondensateurs existants en utilisant une structure fibreuse innovante composée de nanotubes de carbone monoparois (CNT) et du polymère conducteur polyaniline (PANI).

Par rapport aux batteries conventionnelles, les supercondensateurs offrent une charge plus rapide et une densité de puissance plus élevée, avec une dégradation moindre sur des dizaines de milliers de cycles de charge et de décharge. Toutefois, leur densité énergétique relativement faible limite leur utilisation sur de longues périodes, ce qui a limité leur utilisation dans des applications pratiques telles que les véhicules électriques et les drones.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont lié chimiquement et uniformément des nanotubes de carbone monoparois (NTC), très conducteurs, à de la polyaniline (PANI), traitable et peu coûteuse, à l’échelle nanométrique. On obtient ainsi une structure fibreuse sophistiquée qui améliore simultanément le flux d’électrons et d’ions, ce qui permet de créer un supercondensateur capable de stocker plus d’énergie tout en la libérant plus rapidement.

Il a été démontré que le supercondensateur mis au point conserve des performances stables même après plus de 100 000 tests de charge et de décharge et qu’il est durable même dans des environnements à haute tension. Grâce à ces caractéristiques, la technologie peut être utilisée pour remplacer ou compléter les systèmes de batterie existants. Dans les véhicules électriques, par exemple, elle peut fournir une alimentation efficace avec une charge rapide pour améliorer à la fois l’autonomie et les performances.

D’autres applications, telles que les drones et les robots, pourraient bénéficier d’une durée de fonctionnement accrue et d’une plus grande fiabilité. En outre, la fibre composite développée (CNT-PANI) présente une grande flexibilité mécanique, de sorte qu’elle peut être enroulée et pliée, ce qui permet de l’appliquer aux dispositifs électroniques de la prochaine génération, tels que les dispositifs portables.

Un autre résultat majeur de la recherche est la réduction des coûts de production et la possibilité d’une production de masse. Malgré leurs excellentes propriétés, les nanotubes de carbone monoparois (NTC) ont été difficiles à commercialiser en raison de leurs coûts de production élevés, mais les chercheurs ont résolu ce problème en les combinant avec un polymère conducteur bon marché, la polyaniline (PANI). En outre, ils ont jeté les bases d’une production de masse grâce à un processus simple et ont récemment réussi à développer des structures en forme de film basées sur cette technologie, ce qui a permis de faire progresser la commercialisation.

À l’avenir, cette technologie sera utilisée pour faciliter la transition vers une société neutre en carbone dans diverses industries telles que les véhicules électriques, les robots, les drones et les dispositifs portables.

« Cette technologie permet de surmonter les lacunes des supercondensateurs en utilisant des nanotubes de carbone à paroi unique et des polymères conducteurs », a déclaré le Dr Bon-Cheol Ku du KIST. « Nous continuerons à développer et à industrialiser des fibres de carbone ultraperformantes basées sur des nanotubes de carbone. »

* équipe dirigée par les docteurs Bon-Cheol Ku et Seo Gyun Kim du Carbon Composite Materials Research Center de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) et le professeur Yuanzhe Piao de l’Université nationale de Séoul (SNU)

Article : « Nanocell-structured carbon nanotube composite fibers for ultrahigh energy and power density supercapacitors » – DOI : 10.1016/j.compositesb.2025.112179

Légende illustration : gauche) Illustration schématique d’un composite de NTC et de PANI. Elle montre que les PANI liés de manière covalente sont uniformément répartis entre les NTC et que chaque PANI peut agir comme une cellule à l’échelle nanométrique. (Droite) La fibre composite fabriquée sur la base de ces caractéristiques présente une excellente densité de puissance et d’énergie à la fois, dépassant les caractéristiques des supercondensateurs généraux. (*KIST1 est la valeur calculée par le poids du PANI seul, et KIST2 est la valeur calculée par le poids de la fibre). Crédit : Korea Institute of Science and Technology(KIST)