Des liquides ioniques pour de meilleurs supercondensateurs

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Les supercondensateurs stockent l’énergie et la restituent en pics intenses. Un de leurs composants les plus cruciaux, l’électrolyte, permet la circulation du courant entre deux électrodes. Une équipe internationale, centrée autour du Laboratoire de chimie (LCH, CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon) et de l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT), conçoit de nouveaux électrolytes à partir de liquides ioniques, des sels liquides à température ambiante. Selon des travaux publiés dans Nature Materials, ces matériaux boostent les performances des supercondensateurs et les rendraient plus robustes face à des températures élevées.

Contrairement aux batteries, les supercondensateurs délivrent une forte puissance électrique, mais sur un laps de temps court. Ils sont en cela très adaptés au démarrage des véhicules et à toutes applications qui demandent des pics ponctuels d’énergie. Les supercondensateurs comportent deux électrodes qui baignent dans un liquide conducteur : l’électrolyte. Un élément critique dont l’amélioration bénéficie au stockage d’énergie. Un groupement1 de scientifiques, issus en particulier du Laboratoire de chimie (LCH, CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon) et de l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT), développe ainsi des liquides ioniques qui offrent d’excellentes performances en tant qu’électrolytes.

Si les électrolytes classiques sont composés d’ions en solution dans de l’eau ou un solvant, les liquides ioniques sont des sels2 naturellement liquides à température ambiante. Les chimistes conçoivent leurs propres électrolytes à partir de cations imidazolium et d’anions surfactants, des produits connus pour leurs propriétés détergentes. Les liquides ioniques obtenus sont amphiphiles : ils possèdent une partie hydrophile et une partie hydrophobe. Cette propriété leur permet de s’autoassembler en couches au-dessus des électrodes, un agencement qui favorise la circulation des charges électriques dans le supercondensateur, améliorant ainsi la quantité d’énergie stockée et la puissance délivrée. Ces liquides ioniques ont également l’avantage de n’être ni toxiques ni inflammables, et de ne pas s’évaporer à des températures dépassant les 200 degrés Celsius. Cette dernière propriété les rend particulièrement intéressants pour des applications minières, spatiales ou industrielles, où les électrolytes classiques ne supporteraient pas les conditions de température.

  • 1. Ces travaux ont rassemblé des scientifiques du Laboratoire de chimie (LCH, CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon), du MIT, de l’université de chimie et de technologie de Prague, des universités de Bristol, Perth et Stanford, ainsi que de l’institut Laue-Langevin (CNRS/ESPCI Paris).
  • 2. Composés électriquement neutres formés d’un assemblage de particules chargées positivement (cations) et négativement (anions). Le sel de table est un sel au sens chimique, composé de cations de sodium et d’anions de chlore.
L’autoassemblage en couches de liquides ioniques. © Mao et al.

Références

Xianwen Mao, Paul Brown, Ctirad Červinka, Gavin Hazell, Hua Li, Yinying Ren, Di Chen, Rob Atkin, Julian Eastoe, Isabelle Grillo, Agilio. A. H. Padua, Margarida. F. Costa Gomes et T. Alan Hatton
Self-assembled nanostructures in ionic liquids facilitate charge storage at electrified interfaces
Nature Materials – Août 2019
DOI : 10.1038/s41563-019-0449-6

Contact

Margarida F. Costa Gomes
Chercheuse (LCH UMR5182)
Stéphanie Younès
Responsable Communication
Christophe Cartier dit Moulin
INC & Institut parisien de chimie moléculaire
Sophie Félix
Chargée de communication