| L’enquête w 24 cnrs I LE JOUNR AL à une accélération. Cela permettrait de prolonger la durée de vie de la batterie », explique Patrice Simon, du Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux (Cirimat), à Toulouse3. Les mystères de la matière Mais, pour les supercondendateurs, là encore, tout le problème réside au coeur du matériau employé. En effet, le procédé actuellement utilisé pour fabriquer le carbone poreux génère des pores de taille variable, supérieurs à 50 nanomètres pour les plus grands et mesurant moins de 2 nanomètres pour les plus petits. Allant à l’encontre du dogme en vigueur qui voulait que les pores de taille moyenne (2 à 5 nanomètres) soient les plus adaptés pour recevoir des ions, les chercheurs du Cirimat ont entrepris, avec l’aide d’un chercheur américain spécialiste des céramiques, de synthétiser un carbone poreux dont tous les pores ont une taille de moins de 2 nanomètres parfaitement contrôlée. Surprise : l’énergie délivrée par le nouveau matériau est deux fois supérieure à toutes les données de la littérature. Il faut désormais déterminer les mécanismes en jeu, notamment la manière dont les ions pénètrent dans des pores aussi petits. Ce travail a été mené conjointement avec les laboratoires du groupe « stockage capacitif »4 du RS2E, tandis que la modélisation des pores de ce carbone est assurée par le laboratoire Physicochimie des électrolytes, colloïdes et sciences analytiques (Pecsa)5, à Paris, et l’IFP Énergies nouvelles (ex-Institut français du pétrole). Car la force du réseau réside dans la multiplicité des compétences. « Sur les thématiques porteuses, comme les batteries sodium-ion ou redox flow, RS2E nous permet de réaliser un continuum entre les chercheurs CNRS, les EPIC et les utilisateurs industriels, avec des thèses et postdoctorats en cotutelle », souligne Jean- Marie Tarascon. Anne de Guibert, directrice de la recherche du fabricant français de batteries Saft, confirme : « À travers RS2E, nous soutenons cette recherche sur les nouveaux matériaux qui nous intéresse sur le long terme ». Une recherche de qualité qui constitue l’atout de la France, alors que les pays asiatiques dominent aujourd’hui le marché des batteries. J.-F. H. 1. Unité CNRS/Université de Picardie-Jules-Verne. 2. Unité CNRS/Université de Pau et des Pays de l'Adour. 3. Unité CNRS/Université Paul-Sabatier-Toulouse-III/ INP T oulouse. 4. IMN (Nantes), ICG-AIME (Montpellier), Cirimat (Toulouse), ICMCB (Bordeaux), IS2M (Mulhouse), LCMCP (Chimie Paris T ech). 5. Unité CNRS/Université Pierre-et-Marie-Curie/ESPCI ParisTech. micro Taile , maxi perf orman ces Co ntacts : Jean-Marie Tarascon > jean-marie.tarascon@u-picardie.fr Danielle Gonbeau > danielle.gonbeau@univ-pau.fr Patrice Simon > simon@chimie.ups-tlse.fr 09 Réalisation d’un film de poudre de carbone poreux qui servira d’électrode dans les supercondensateurs mis au point au Cirimat. 10 Les chercheurs étudient l’organisation structurale des matériaux poreux à base de carbone. L’électronique d’aujourd’hui est « nomade » : elle repose sur de minuscules capteurs communicants pouvant enregistrer quantité de paramètres, à l'image des puces RFID (identification par radiofréquence) utilisées pour marquer toutes sortes d’objets. Mais comment alimenter ces microdispositifs ? La solution, c’est tout d’abord de récupérer de l’énergie dans l’environnement ambiant : solaire, vibrations mécaniques ou différentiels de température peuvent être utilisés pour fabriquer de l’électricité. Mais cette énergie est intermittente. Il faut donc la stocker. C'est dans ce but qu'une équipe du Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS) de Toulouse1 a conçu un « micro-supercondensateur », en déposant sur une puce en silicium des structures en or, ensuite recouvertes de matière active et d’un électrolyte (solution conductrice). Le matériau usuel des supercondensateurs du commerce, le charbon actif, est ici remplacé par des nanoparticules de carbone constituées de couches concentriques de graphite produites à l’université Drexel de Philadelphie (États-Unis). Les ions de l’électrolyte s’y adsorbent beaucoup plus facilement. Le dispositif, testé au Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux à Toulouse, a alors montré un temps de charge et de décharge 50 fois plus rapide que celui des supercondensateurs conventionnels, et une densité d’énergie multipliée par 10. De telles performances permettront d’alimenter des capteurs devant fournir très régulièrement et rapidement des données. 1. Unité CNRS/Université Paul-Sabatier-Toulouse-III/ Insa T oulouse/INP T oulouse. Co ntact : Magali Brunet > mbrunet@laas.fr 08 Ce microsupercondensateur encapsulé est un dispositif très prometteur. 08 © H . Dur ou/LAA S-CNRS 09 10 © p hotos 9-10 : H . RAGUET/CNRS Photothèque
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