Des chercheurs de l'Université du Colorado à Boulder ont réalisé une percée dans la compréhension du mouvement des ions dans les matériaux poreux, ce qui pourrait permettre de charger plus rapidement les supercondensateurs et de transformer le stockage d'énergie pour l'électronique et les réseaux électriques. Crédit : Issues.fr.com
Des scientifiques de l'Université du Colorado à Boulder ont découvert comment les ions se déplacent dans de minuscules pores, ce qui pourrait améliorer le stockage d'énergie dans des dispositifs tels que les supercondensateurs. Leurs recherches actualisent la loi de Kirchhoff, avec des implications importantes pour le stockage d'énergie dans les véhicules et les réseaux électriques.
Imaginez qu'il soit possible de recharger votre ordinateur portable ou votre téléphone en panne en une minute, ou qu'une voiture électrique soit entièrement chargée en seulement 10 minutes. Même si cela n'est pas encore possible, de nouvelles recherches menées par une équipe de scientifiques de l'Université du Colorado à Boulder pourraient potentiellement concrétiser ces avancées.
Publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciencesDes chercheurs du laboratoire d'Ankur Gupta ont découvert comment de minuscules particules chargées, appelées ions, se déplacent dans un réseau complexe de pores minuscules. Cette découverte pourrait conduire au développement de dispositifs de stockage d'énergie plus efficaces, tels que les supercondensateurs, a déclaré Gupta, professeur adjoint de génie chimique et biologique.
Application des techniques de génie chimique
« Étant donné le rôle crucial de l’énergie dans l’avenir de la planète, j’ai eu envie d’appliquer mes connaissances en génie chimique à l’avancement des dispositifs de stockage d’énergie », a déclaré Gupta. « J’avais l’impression que le sujet était quelque peu sous-exploré et que c’était donc l’occasion idéale. »
Gupta a expliqué que plusieurs techniques de génie chimique sont utilisées pour étudier l’écoulement dans les matériaux poreux tels que les réservoirs de pétrole et la filtration de l’eau, mais elles n’ont pas été pleinement utilisées dans certains systèmes de stockage d’énergie.
Cette découverte est importante non seulement pour le stockage de l’énergie dans les véhicules et les appareils électroniques, mais aussi pour les réseaux électriques, où la demande énergétique fluctuante nécessite un stockage efficace pour éviter le gaspillage pendant les périodes de faible demande et pour assurer un approvisionnement rapide pendant les périodes de forte demande.
Avantages des supercondensateurs
Les supercondensateurs, des dispositifs de stockage d’énergie qui reposent sur l’accumulation d’ions dans leurs pores, ont des temps de charge rapides et une durée de vie plus longue que les batteries.
« L’attrait principal des supercondensateurs réside dans leur rapidité », a expliqué M. Gupta. « Comment pouvons-nous accélérer leur chargement et leur libération d’énergie ? En déplaçant plus efficacement les ions. »
Leurs résultats modifient la loi de Kirchhoff, qui régit le flux de courant dans les circuits électriques depuis 1845 et qui est un élément essentiel des cours de sciences des lycéens. Contrairement aux électrons, les ions se déplacent à la fois sous l'effet des champs électriques et de la diffusion, et les chercheurs ont déterminé que leurs mouvements aux intersections des pores sont différents de ce qui était décrit dans la loi de Kirchhoff.
Jusqu'à présent, les mouvements d'ions n'étaient décrits dans la littérature que dans un seul pore rectiligne. Grâce à cette recherche, le mouvement d'ions dans un réseau complexe de milliers de pores interconnectés peut être simulé et prédit en quelques minutes.
« C’est là que le travail a pris son envol », a déclaré Gupta. « Nous avons trouvé le chaînon manquant. »
