Supercondensateur composite structurel
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Les supercondensateurs composites structuraux sont des matériaux multifonctionnels capables à la fois de supporter des charges mécaniques et de stocker de l'énergie électrique[1]. Combinés aux batteries structurelles, ils permettraient un allégement global des véhicules électriques.
Généralement, les supercondensateurs composites structuraux sont basés sur la conception de polymères renforcés de fibres de carbone[2]. Les fibres de carbone jouent le rôle de renfort mécanique, de collecteur de courant et éventuellement d'électrodes. La matrice est un électrolyte polymère structurel qui transfère la charge via un mécanisme de cisaillement entre les fibres et a une conductivité ionique raisonnable[3].
Dans un supercondensateur, la capacité spécifique est proportionnelle à la surface spécifique des électrodes[4]. Les fibres de carbone structurelles ont généralement une faible surface spécifique, il est donc nécessaire de modifier leur surface pour permettre une capacité de stockage d'énergie suffisante[5]. Pour augmenter la surface spécifique des électrodes structurelles, plusieurs voies ont été employées, consistant principalement en la modification de la surface des fibres de carbone elles-mêmes ou en revêtant les fibres de carbone avec un matériau à haute surface spécifique. Il a été démontré que l'activation physique et chimique des fibres de carbone fournit une augmentation de deux ordres de grandeur de la surface spécifique des fibres de carbone sans endommager leurs propriétés mécaniques, mais offre toujours une capacité de stockage d'énergie limitée lorsqu'elle est combinée avec un électrolyte polymère structurel[6]. Le revêtement des fibres de carbone avec des nanotubes de carbone[7], de l'aérogel de carbone[8], ou du graphène[9] a permis des densités d'énergie plus élevées.
Références[modifier | modifier le code]
- (en) Milo Shaffer, Emile Greenhalgh et Alexander Bismark, Energy Storage Device, (lire en ligne)
- (en) Xu, Lu, Xu et Chou, « Structural supercapacitor composites: A review », Composites Science and Technology, vol. 204, , p. 108636 (ISSN 0266-3538, DOI 10.1016/j.compscitech.2020.108636, lire en ligne)
- (en) Nguyen et Snyder, « Multifunctional Properties of Structural Gel Electrolytes », ECS Transactions, vol. 11, no 32, , p. 73–83 (ISSN 1938-5862, DOI 10.1149/1.2992495, lire en ligne)
- (en) Burke, « Ultracapacitors: why, how, and where is the technology », Journal of Power Sources, vol. 91, no 1, , p. 37–50 (DOI 10.1016/S0378-7753(00)00485-7, lire en ligne)
- (en) Snyder, Wong et Hubbard, « Evaluation of Commercially Available Carbon Fibers, Fabrics, and Papers for Potential Use in Multifunctional Energy Storage Applications », Journal of The Electrochemical Society, vol. 156, no 3, , A215 (DOI 10.1149/1.3065070, lire en ligne)
- (en) Qian, Diao, Shirshova et Greenhalgh, « Activation of structural carbon fibres for potential applications in multifunctional structural supercapacitors », Journal of Colloid and Interface Science, vol. 395, , p. 241–248 (DOI 10.1016/j.jcis.2012.12.015, lire en ligne)
- (en) Shirshova, Qian, Houllé et Steinke, « Multifunctional structural energy storage composite supercapacitors », Faraday Discuss., vol. 172, , p. 81–103 (ISSN 1359-6640, DOI 10.1039/C4FD00055B, lire en ligne)
- Qi, Nguyen, Anthony et Kucernak, « The influence of fabrication parameters on the electrochemical performance of multifunctional structural supercapacitors », Multifunctional Materials, vol. 4, no 3, , p. 034001 (ISSN 2399-7532, DOI 10.1088/2399-7532/ac1ea6, lire en ligne)
- (en) Hubert, Todorovic et Bismarck, « Towards separator-free structural composite supercapacitors », Composites Science and Technology, vol. 217, , p. 109126 (DOI 10.1016/j.compscitech.2021.109126, lire en ligne)
