N° 408-409 juin-juillet-août 2016

Stockage de charge dans les carbones nanoporeux : l’origine moléculaire de la supercapacité

Pagination : 43-45
Sous-thème : Conversion et stockage
Mots-clés : Supercondensateur, simulation moléculaire, adsorption, échange ionique, électrode, carbone nanoporeux, stockage, transition énergétique.
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Le diagramme de Ragone représente les différents dispositifs de stockage de l’électricité en fonction de leur puissance spécifique (puissance par unité de masse) et de leur énergie spécifique (énergie par unité de masse). Les supercondensateurs sont ainsi complémentaires aux batteries (en haut à gauche) et aux condensateurs conventionnels (en bas à droite). La double échelle logarithmique permet de comparer des dispositifs aux performances couvrant plusieurs ordres de grandeur. Les lignes diagonales indiquent le temps caractéristique de charge/décharge.

Très performants en puissance, les supercondensateurs sont par exemple utilisés pour récupérer l’énergie de freinage dans certaines voitures ou tramways. Ils fonctionnent grâce à deux électrodes en carbone plongées dans une solution ionique ou un liquide ionique pur.

C’est l’adsorption d’ions à la surface des électrodes qui permet de stocker l’électricité, mais le mécanisme microscopique à l’origine des performances exceptionnelles des carbones dérivés de carbures (CDC) pour le stockage de la charge restait à établir. Par simulation moléculaire d’électrodes de structure réaliste et maintenues à potentiel constant, les effets du confinement et de la solvatation sur le mécanisme de charge ont été étudiés.

Cet article précise également la dynamique du processus de charge et fait le lien avec les modèles utilisés par les électrochimistes.