Imaginez pouvoir recharger un ordinateur portatif ou un téléphone en une minute… ou si une voiture électrique pouvait retrouver une charge complète en une dizaine de minutes à peine. Si cela n’est pas encore possible, une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder pourrait potentiellement mener à de telles avancées.
Dans des travaux publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences, des chercheurs travaillant pour Ankur Gupta ont découvert comment de petites particules dotées d’une charge électrique, appelées ions, se déplacent à l’intérieur d’un réseau complexe de pores minuscules.
Cette percée pourrait mener au développement de méthodes de stockage d’énergie plus efficaces, comme avec de supercondensateurs, affirme M. Gupta, qui travaille comme professeur adjoint de génie chimique et biologique à l’université.
« En raison du rôle critique que jouera l’énergie dans l’avenir de la planète, j’ai jugé que le développement de nouveaux engins permettant de stocker de l’énergie était un domaine sous-exploité », a-t-il dit.
Selon le professeur, plusieurs techniques liées au génie chimique sont employées pour étudier les flots à l’intérieur des matériaux poreux, comme les réservoirs de pétrole et les filtres à eau, mais que celles-ci n’avaient pas été pleinement utilisées dans certains systèmes de stockage d’énergie.
Cette découverte, affirment les chercheurs, est importante non seulement pour emmagasiner de l’énergie dans des véhicules et des appareils électroniques, mais aussi pour les réseaux de distribution d’électricité, où la demande fluctuante nécessite des systèmes de stockage efficaces pour éviter le gaspillage durant les périodes peu achalandées, et assurer une alimentation rapide lors des périodes de demande accrue.
Les supercondensateurs, des appareils de stockage d’énergie qui dépendent de l’accumulation d’ions dans leurs pores, possèdent des temps de charge plus courts et une durée de vie plus importante, comparativement aux piles.
« L’intérêt principal des supercondensateurs se trouve du côté de leur vitesse », affirme M. Gupta. « Alors, comment peut-on les amener à accumuler et décharger leur énergie plus rapidement? Avec un mouvement plus efficace des ions. »
Les conclusions des chercheurs viennent modifier la loi de Kirchhoff, qui décrit le flot au sein des circuits électriques depuis 1845, et qui fait partie du cursus scolaire depuis belle lurette. Contrairement aux électrons, les ions se déplacent en fonction des champs électriques et de leur diffusion, et les auteurs de l’étude ont déterminé que leurs mouvements, à l’intersection entre deux pores, sont différents de ce qui a été décrit dans la loi.
Avant l’étude, les mouvements des ions étaient seulement décrits, selon la littérature, comme survenant directement à travers un seul pore. Désormais, il est possible de simuler et prédire des réseaux complexes de milliers de pores interconnectés, le tout en quelques minutes.
« Voilà ce que nous avons réussi à faire », affirme le Pr Gupta. « Nous avons trouvé le lien manquant. »