L’une des clés pour rendre les appareils portables plus compacts et plus économes en énergie réside dans la forme précise à l’échelle nanométrique des condensateurs de stockage d’énergie. Des chercheurs suédois déclarent avoir relevé le défi grâce à une méthode d’impression 3D unique.
Des chercheurs du KTH Royal Institute of Technology ont démontré une méthode d’impression 3D pour fabriquer des micro-supercondensateurs en verre (MSC) qui réduit la complexité et le temps requis pour former les caractéristiques complexes à l’échelle nanométrique dont les MSC ont besoin.
Cette avancée pourrait potentiellement conduire à des appareils portables plus compacts et économes en énergie, notamment des capteurs autonomes, des appareils portables et d’autres applications de l’Internet des objets, explique Frank Niklaus, professeur de micro et nanosystèmes au KTH. Leur étude était publié dans ACS Nano.
La nouvelle méthode répond à deux défis clés liés à la fabrication de tels dispositifs. Les performances d’un micro-supercondensateur sont largement déterminées par ses électrodes, qui stockent et conduisent l’énergie électrique. Ils ont donc besoin de plus de surface d’électrode et de canaux à l’échelle nanométrique pour faciliter le transport rapide des ions. Po-Han Huang, auteur principal de l’étude au KTH, affirme que la nouvelle recherche répond aux deux défis liés à la technologie d’impression 3D à impulsion laser ultracourte.
Les chercheurs ont découvert que des impulsions laser ultracourtes peuvent induire deux réactions simultanées dans l’hydrogène silsesquioxane (HSQ), un matériau précurseur semblable au verre. Une réaction entraîne la formation de nanoplaques auto-organisées, tandis que la seconde convertit le précurseur en verre riche en silicium, qui constitue le fondement du processus d’impression 3D. Cela permet la fabrication rapide et précise d’électrodes avec de nombreux canaux ouverts, ce qui maximise la surface et accélère le transport des ions.
Les chercheurs ont démontré l’approche consistant à imprimer en 3D des micro-supercondensateurs qui fonctionnaient bien même lorsqu’ils étaient chargés et déchargés très rapidement.
« Nos découvertes représentent un pas en avant significatif dans le domaine de la microfabrication, avec de vastes implications pour le développement de dispositifs de stockage d’énergie haute performance », a déclaré Huang. « Au-delà des MSC, notre approche présente des applications potentielles passionnantes dans des domaines tels que la communication optique, les capteurs nanoélectromécaniques et le stockage de données optiques 5D. »
Les implications sont également importantes pour les technologies actuellement utilisées couramment. Les supercondensateurs de type non micro collectent déjà l’énergie générée lors du freinage, stabilisent l’alimentation électrique des appareils électroniques grand public et optimisent la capture d’énergie dans les énergies renouvelables, explique Niklaus. « Les micro-supercondensateurs ont le potentiel de rendre ces applications plus compactes et plus efficaces. »
Plus d’informations :
Po-Han Huang et al, Impression 3D de structures hiérarchiques constituées de verre inorganique riche en silicium comportant des nanoréseaux autoformants, ACS Nano (2024). DOI : 10.1021/acsnano.4c09339