Un supercondensateur qui se recharge à la lumière

Une équipe de chercheurs indiens et américains a conçu un supercondensateur innovant capable de se recharger simplement en l’exposant à la lumière. Cette invention pourrait transformer la manière dont nous alimentons nos appareils électroniques et nos infrastructures urbaines.

Les supercondensateurs représentent une alternative encourageantes aux batteries traditionnelles pour le stockage d’énergie. Ils peuvent se charger et se décharger rapidement, tout en ayant une durée de vie plus longue. L’équipe de recherche, dirigée par le Professeur Abha Misra du Département d’Instrumentation et de Physique Appliquée de l’Institut Indien des Sciences (IISc), a franchi une étape importante en développant un supercondensateur photosensible.

Le Professeur Misra précise : «Les supercondensateurs exploitent des phénomènes électrochimiques pour stocker davantage d’énergie que les condensateurs classiques». La clé de leur fonctionnement réside dans la formation d’une couche de charges extrêmement fine entre les électrodes et l’électrolyte, appelée double couche électrique.

Une structure innovante

Le dispositif conçu par l’équipe utilise des électrodes en oxyde de zinc (ZnO) sous forme de nano-bâtonnets, cultivés directement sur un substrat d’oxyde d’étain dopé au fluor (FTO). Le Dr Pankaj Singh Chauhan, premier auteur de l’étude, précise : «Le FTO, étant transparent, permet à la lumière d’atteindre les nano-bâtonnets de ZnO optiquement actifs, ce qui charge le supercondensateur».

L’originalité de leur approche réside dans l’utilisation combinée de deux électrolytes : un liquide et un gel semi-solide. Cette configuration permet d’optimiser la formation de la double couche électrique et d’améliorer les performances du dispositif.

Des propriétés surprenantes

En exposant leur supercondensateur à la lumière ultraviolette, les chercheurs ont observé une augmentation spectaculaire de sa capacité à stocker des charges, surpassant largement les performances des supercondensateurs existants. De plus, ils ont constaté deux phénomènes inattendus :

1. Un comportement de « striction »

Contrairement aux supercondensateurs classiques, la capacité de stockage de ce nouveau dispositif augmente avec la tension appliquée lorsqu’il est exposé à la lumière. Le Professeur AM Rao de l’Université de Clemson, co-auteur de l’étude, commente : «Nous appelons cela le comportement de striction. Il pourrait s’expliquer par la grande porosité des électrodes».

2. Une charge rapide plus efficace

Habituellement, l’énergie stockée dans un supercondensateur diminue lorsqu’il est chargé rapidement. Cependant, avec l’électrolyte liquide et sous lumière UV, l’équipe a constaté que l’énergie stockée augmentait paradoxalement lors d’une charge rapide.

Le Dr Mihir Parekh, chercheur postdoctoral dans l’équipe du Professeur Rao, a développé des modèles théoriques pour expliquer ces observations inédites. Il suggère que «ces découvertes ouvrent la voie au développement de supercondensateurs alliant charge rapide et haute densité énergétique».

Des applications potentielles variées

Les supercondensateurs photosensibles pourraient trouver de nombreuses applications dans notre vie quotidienne. Le Professeur Misra évoque quelques possibilités : «Ils pourraient potentiellement remplacer les cellules solaires utilisées dans l’éclairage public. Leur densité de puissance élevée leur permet de libérer l’énergie plus rapidement que les batteries. Ils pourraient également alimenter les puces des appareils électroniques comme les téléphones portables.»

L’équipe de recherche travaille actuellement sur la miniaturisation de ces supercondensateurs à l’échelle du micron, afin de les intégrer directement dans les puces microélectroniques.

Les chercheurs envisagent d’optimiser leur conception pour permettre la recharge du supercondensateur avec la lumière visible et infrarouge, élargissant ainsi son spectre d’utilisation. L’équipe IISc-Clemson prévoit d’approfondir l’étude des phénomènes observés pour concevoir des supercondensateurs encore plus performants.

Cette avancée dans le domaine du stockage d’énergie pourrait contribuer au développement de dispositifs électroniques autonomes et d’infrastructures urbaines plus durables, ouvrant la voie à un avenir énergétique plus propre et plus efficace.

Article : ‘Influence of electrolyte on the photo-charging capability of a ZnO–FTO supercapacitor’ / ( 10.1039/D4TA04702H ) – Indian Institute of Science (IISc) – Publication dans la revue Journal of Materials Chemistry A