Imaginez si votre ordinateur portable ou votre téléphone en panne pouvait se recharger en une minute ou si une voiture électrique pouvait être entièrement alimentée en 10 minutes.
Bien que ce ne soit pas encore possible, de nouvelles recherches menées par une équipe de scientifiques de CU Boulder pourraient potentiellement conduire à de telles avancées.
Publié aujourd’hui dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, des chercheurs du laboratoire d’Ankur Gupta ont découvert comment de minuscules particules chargées, appelées ions, se déplacent au sein d’un réseau complexe de minuscules pores. Cette avancée pourrait conduire au développement de dispositifs de stockage d’énergie plus efficaces, tels que des supercondensateurs, a déclaré Gupta, professeur adjoint de génie chimique et biologique.
« Compte tenu du rôle crucial de l’énergie dans l’avenir de la planète, j’ai eu envie d’appliquer mes connaissances en génie chimique pour faire progresser les dispositifs de stockage d’énergie », a déclaré Gupta. « J’avais l’impression que le sujet était quelque peu sous-exploré et, en tant que tel, c’était une opportunité parfaite. »
Gupta a expliqué que plusieurs techniques de génie chimique sont utilisées pour étudier l’écoulement dans des matériaux poreux tels que les réservoirs de pétrole et la filtration de l’eau, mais qu’elles n’ont pas été pleinement utilisées dans certains systèmes de stockage d’énergie.
Evolution temporelle du potentiel électrochimique sans dimension de charge φ* pour un réseau triangulaire à 30 entrées. Crédit: Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2401656121
Cette découverte est importante non seulement pour le stockage de l’énergie dans les véhicules et les appareils électroniques, mais également pour les réseaux électriques, où la demande énergétique fluctuante nécessite un stockage efficace pour éviter le gaspillage pendant les périodes de faible demande et pour garantir un approvisionnement rapide en cas de forte demande.
Les supercondensateurs, dispositifs de stockage d’énergie qui reposent sur l’accumulation d’ions dans leurs pores, ont des temps de charge rapides et une durée de vie plus longue que les batteries.
« Le principal attrait des supercondensateurs réside dans leur vitesse », a déclaré Gupta. « Alors, comment pouvons-nous accélérer leur chargement et leur libération d’énergie ? Par un mouvement plus efficace des ions. »
Leurs découvertes modifient la loi de Kirchhoff, qui régit le flux de courant dans les circuits électriques depuis 1845 et constitue un élément essentiel des cours de sciences des lycéens. Contrairement aux électrons, les ions se déplacent en raison à la fois des champs électriques et de la diffusion, et les chercheurs ont déterminé que leurs mouvements aux intersections des pores sont différents de ceux décrits dans la loi de Kirchhoff.
Avant l’étude, les mouvements ioniques n’étaient décrits dans la littérature que dans un seul pore droit. Grâce à cette recherche, le mouvement des ions dans un réseau complexe de milliers de pores interconnectés peut être simulé et prédit en quelques minutes.
« C’est le grand pas du travail », a déclaré Gupta. « Nous avons trouvé le chaînon manquant. »
Plus d’information:
Filipe Henrique et al, Un modèle de réseau pour prédire le transport ionique dans les matériaux poreux, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2401656121