Trois questions à Benjamin Rotenberg et Patrice Simon sur les supercondensateurs
Cousins des batteries, les supercondensateurs sont plus puissants que ces dernières et offrent une meilleure durée de vie, mais ils stockent en revanche moins d’énergie. Auteurs du chapitre Supercondensateurs – les sprinteurs du stockage de l’énergie1 dans l'ouvrage Etonnante chimie, Benjamin Rotenberg, directeur de recherche au laboratoire Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes Interfaciaux2 et Patrice Simon, professeur à l’université de Toulouse III - Paul Sabatier et membre du Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux3 , présentent des pistes pour démocratiser ces composants.
Pourquoi les supercondensateurs ne sont-ils pas plus souvent utilisés ?
Patrice Simon – Le principal blocage se situe au niveau de la densité d’énergie, c’est-à-dire la quantité d’énergie qu’un supercondensateur peut stocker par unité de masse. Aujourd’hui, les batteries lithium-ion peuvent emmagasiner 250 à 300 watts-heure par kilo, contre seulement une dizaine pour les supercondensateurs à électrodes en carbone. Les applications se développeront une fois que cette valeur aura augmenté.
Pour prendre un exemple sur les transports, un véhicule à batterie lithium-ion atteint une autonomie d’environ 500 kilomètres, puis a besoin d’être rechargé pendant plusieurs heures. Un supercondensateur à la densité d’énergie améliorée ne tiendrait peut-être que 250 kilomètres, mais il pourrait se recharger en moins de dix minutes.
Comment étudiez-vous les supercondensateurs ?
Patrice Simon – Les supercondensateurs stockent l’énergie en capturant des ions à l’intérieur des pores d’électrodes généralement en carbone. La taille de ces pores joue énormément sur les performances des supercondensateurs, mais nous nous sommes rendu compte que l’organisation locale du carbone des électrodes jouait aussi un rôle essentiel. Le carbone poreux est amorphe, mais nos travaux ont aussi récemment montré que la modification locale de sa structure, en se rapprochant de celle du graphène qui est un excellent conducteur de charges électriques, augmente les interactions entre les ions et le carbone, ainsi que la charge stockée.
Nous voulons comprendre quelle est l’organisation optimale du carbone pour améliorer les supercondensateurs. Car si une électrode en graphène pur pourrait sembler idéale, ce matériau très peu dense réclame un volume trop important pour des applications du quotidien.