Les ingénieurs du MIT créent une énergie

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Selon une nouvelle étude, deux des matériaux historiques les plus omniprésents de l'humanité, le ciment et le noir de carbone (qui ressemble à du charbon de bois très fin), pourraient constituer la base d'un nouveau système de stockage d'énergie à faible coût. La technologie pourrait faciliter l’utilisation de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne et marémotrice en permettant aux réseaux énergétiques de rester stables malgré les fluctuations de l’approvisionnement en énergies renouvelables.

Les deux matériaux, ont découvert les chercheurs, peuvent être combinés avec de l’eau pour fabriquer un supercondensateur – une alternative aux batteries – qui pourrait permettre le stockage de l’énergie électrique. À titre d'exemple, les chercheurs du MIT qui ont développé le système affirment que leur supercondensateur pourrait éventuellement être intégré aux fondations en béton d'une maison, où il pourrait stocker l'équivalent d'une journée complète d'énergie tout en ajoutant peu (ou pas) au coût des fondations. tout en fournissant la résistance structurelle nécessaire. Les chercheurs envisagent également une route en béton qui pourrait permettre une recharge sans contact pour les voitures électriques lorsqu'elles empruntent cette route.

Cette technologie simple mais innovante est décrite cette semaine dans la revue PNAS, dans un article rédigé par les professeurs Franz-Josef Ulm, Admir Masic et Yang-Shao Horn du MIT, ainsi que par quatre autres professeurs du MIT et du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering.

Les condensateurs sont en principe des dispositifs très simples, constitués de deux plaques électriquement conductrices immergées dans un électrolyte et séparées par une membrane. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes du condensateur, les ions chargés positivement de l'électrolyte s'accumulent sur la plaque chargée négativement, tandis que la plaque chargée positivement accumule les ions chargés négativement. Étant donné que la membrane située entre les plaques empêche les ions chargés de migrer, cette séparation des charges crée un champ électrique entre les plaques et le condensateur se charge. Les deux plaques peuvent maintenir longtemps cette paire de charges puis les délivrer très rapidement en cas de besoin. Les supercondensateurs sont simplement des condensateurs capables de stocker des charges exceptionnellement importantes.

La quantité d’énergie qu’un condensateur peut stocker dépend de la surface totale de ses plaques conductrices. La clé des nouveaux supercondensateurs développés par cette équipe réside dans une méthode de production d’un matériau à base de ciment présentant une surface interne extrêmement élevée en raison d’un réseau dense et interconnecté de matériau conducteur au sein de son volume global. Les chercheurs y sont parvenus en introduisant du noir de carbone – qui est hautement conducteur – dans un mélange de béton avec de la poudre de ciment et de l'eau, et en le laissant durcir. L'eau forme naturellement un réseau d'ouvertures ramifiées au sein de la structure lorsqu'elle réagit avec le ciment, et le carbone migre dans ces espaces pour former des structures en forme de fil dans le ciment durci. Ces structures ont une structure de type fractal, avec des branches plus grandes donnant des branches plus petites, et celles donnant des rameaux encore plus petits, et ainsi de suite, se retrouvant avec une surface extrêmement grande dans les limites d'un volume relativement petit. Le matériau est ensuite trempé dans un matériau électrolytique standard, tel que du chlorure de potassium, une sorte de sel, qui fournit les particules chargées qui s'accumulent sur les structures carbonées. Deux électrodes constituées de ce matériau, séparées par un mince espace ou une couche isolante, forment un supercondensateur très puissant, ont découvert les chercheurs.

Les deux plaques du condensateur fonctionnent comme les deux pôles d'une batterie rechargeable de tension équivalente : lorsqu'elle est connectée à une source d'électricité, comme avec une batterie, l'énergie est stockée dans les plaques, puis lorsqu'elle est connectée à une charge, l'énergie électrique est stockée dans les plaques. le courant reflue pour fournir de l’énergie.