• Le 07 juin 2019

Des chercheurs de l’Institut des matériaux Jean Rouxel (IMN / Université de Nantes – CNRS), en collaboration avec le Münster Eletrochemical Energy Technology (Université de Münster, Allemagne), ont trouvé une solution permettant de favoriser le développement à bas coût de "supercondensateurs à ions lithium" pour stocker l’énergie électrique. Ces travaux, publiés dans la revue Advanced Energy Materials, permettent d'envisager une prochaine commercialisation.

SupercondensateursLes systèmes de stockage électrochimique de l’électricité jouent un rôle central dans l'intégration des sources d'énergie renouvelables et sont en passe d’envahir le domaine de la mobilité électrique. Deux solutions existent pour stocker cette énergie : les batteries à ions lithium, qui ont l’avantage d’avoir une grande capacité de stockage, et les supercondensateurs, qui ont la particularité de pouvoir se charger et de se décharger très rapidement et un très grand nombre de fois. Les supercondensateurs à ions lithium (lithium-ion capacitors ou LIC) combinent le meilleur des deux mondes.

Les matériaux des supercondensateurs à ions lithium ne contiennent cependant pas d’ions lithium (ni d’électrons), à la différence des batteries. Il est donc nécessaire de passer par une étape dite de "pré-lithiation" afin d’en ajouter pour que le dispositif puisse fonctionner. Même si certaines solutions proposées fonctionnent aujourd’hui, il n’existe pas de "recette miracle" qui soit à la fois performante, robuste, simple et à bas coût.

Les chercheurs  ont relevé le défi en utilisant deux additifs couplés par une réaction chimique séquentielle. L’utilisation de ces deux additifs ayant chacun un rôle propre, l’un apportant les ions lithium et l’autre les électrons, offre une plus grande latitude puisqu’ils peuvent être sélectionnés indépendamment pour leur prix, leurs propriétés chimiques et leurs performances. Pendant la charge du supercondensateur à ions lithium, le premier additif (du pyrène naturellement présent dans certains types de charbon) libère des électrons et des protons. Le second additif, Li3PO4 (produit en masse dans l’industrie du verre par exemple), capte ces protons et libère, en échange, des ions lithium ensuite disponibles pour la pré-lithiation.

L'efficacité et la polyvalence offertes par cette nouvelle approche ouvrent donc la voie à une solution de pré-lithiation peu coûteuse conduisant à des supercondensateurs à ions lithium pouvant stocker plus d’énergie. La levée du verrou technologique devrait donc permettre une commercialisation plus rapide de ces dispositifs.
 
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