Hervé Henry
Un groupe de recherche dirigé par le professeur Minoru Osada de l’Institut des matériaux et des systèmes pour la durabilité (IMaSS) de l’Université de Nagoya au Japon, en collaboration avec le NIMS, a développé un dispositif à nanofeuilles avec les performances de stockage d’énergie les plus élevées jamais vues. Leurs résultats ont été publiés dans Nano Letters.
Les improvements dans les systems de stockage de l’énergie sont vitales pour l’utilisation efficace des énergies renouvelables et la generation de masse de véhicules électriques. La technologie actuelle de stockage d’énergie, telle que les batteries lithium-ion, présente de longs temps de demand et des problèmes, notamment la dégradation de l’électrolyte, la durée de vie et même l’allumage indésirable.
Une choice prometteuse est les condensateurs de stockage d’énergie diélectrique. La composition de foundation du condensateur est un film de style sandwich composé de deux électrodes métalliques séparées par un movie diélectrique solide. Les diélectriques sont des matériaux qui stockent de l’énergie grâce à un mécanisme physique de déplacement de demand appelé polarisation. Lorsqu’un champ électrique est appliqué au condensateur, les costs positives sont attirées vers l’électrode négative. Les rates négatives sont attirées vers l’électrode good. Ensuite, le stockage de l’énergie électrique dépend de la polarisation du film diélectrique en appliquant un champ électrique externe.
“Les condensateurs diélectriques présentent de nombreux avantages, tels qu’un temps de charge court de quelques secondes seulement, une longue durée de vie et une densité de puissance élevée”, a déclaré Osada. Cependant, la densité d’énergie des diélectriques actuels est nettement inférieure à la demande croissante d’énergie électrique. L’amélioration de la densité d’énergie aiderait les condensateurs diélectriques à rivaliser avec d’autres dispositifs de stockage d’énergie.
Étant donné que l’énergie stockée dans un condensateur diélectrique est liée à la quantité de polarisation, la clé pour obtenir une densité d’énergie élevée consiste à appliquer un champ électrique aussi élevé que feasible à un matériau à constante diélectrique élevée. Cependant, les matériaux existants sont limités par la quantité de champ électrique qu’ils peuvent gérer.
Pour aller au-delà de la recherche diélectrique conventionnelle, le groupe a utilisé des couches de nanofeuilles constituées de calcium, de sodium, de niobium et d’oxygène avec une construction cristalline pérovskite. “La structure pérovskite est connue comme la meilleure structure pour les ferroélectriques, motor vehicle elle possède d’excellentes propriétés diélectriques telles qu’une polarisation élevée”, explique Osada. “Nous avons découvert qu’en utilisant cette propriété, un champ électrique élevé pouvait être appliqué à des matériaux diélectriques à forte polarisation et converti en énergie électrostatique sans perte, atteignant la densité d’énergie la in addition élevée jamais enregistrée.”
Les découvertes du groupe de recherche ont confirmé que les condensateurs diélectriques à nanofeuilles atteignaient une densité d’énergie supérieure de 1 à 2 ordres de grandeur tout en maintenant la même densité de sortie élevée. De manière passionnante, le condensateur diélectrique à foundation de nanofeuilles a atteint une densité d’énergie élevée qui a maintenu sa stabilité sur plusieurs cycles d’utilisation et était secure même à des températures élevées jusqu’à 300°C.
“Cette réalisation fournit de nouvelles directives de conception pour le développement de condensateurs diélectriques et devrait s’appliquer à tous les dispositifs de stockage d’énergie à l’état solide qui tirent parti des caractéristiques de la nanofeuille de densité d’énergie élevée, de densité de puissance élevée, de temps de demand court aussi peu que quelques secondes, une longue durée de vie et une stabilité à haute température », a déclaré Osada. “Les condensateurs diélectriques possèdent la capacité de libérer l’énergie stockée en un temps extrêmement court et de créer une pressure ou un courant pulsé rigorous. Ces caractéristiques sont utiles dans de nombreuses purposes de décharge pulsée et d’électronique de puissance. En in addition des véhicules électriques hybrides, ils seraient également utiles dans les accélérateurs de haute puissance et les dispositifs à micro-ondes de haute puissance.”
