Des chercheurs de l’Université de Tohoku et de l’Université de Tsinghua ont présenté un modèle d’électrode à membrane de nouvelle génération qui promet de révolutionner la recherche électrochimique fondamentale. Cette électrode innovante, fabriquée selon un processus méticuleux, présente un réseau ordonné de nanotubes de carbone géants creux (gCNT) dans une membrane nanoporeuse, ouvrant de nouvelles possibilités pour le stockage d’énergie et les études électrochimiques.
La percée clé réside dans la construction de cette nouvelle électrode. Les chercheurs ont développé une technique de revêtement de carbone uniforme sur de l’oxyde d’aluminium anodique (AAO) formé sur un substrat en aluminium, la couche barrière étant éliminée. La couche revêtue de carbone de manière conforme qui en résulte présente des gCNT alignés verticalement avec des nanopores allant de 10 à 200 nm de diamètre et de 2 μm à 90 μm de longueur, couvrant de petites molécules d’électrolyte à de grandes matières bio-liées telles que des enzymes et des exosomes.
Contrairement aux électrodes composites traditionnelles, cette électrode modèle autonome élimine le contact inter-particules, assurant une résistance de contact minimale, ce qui est essentiel pour interpréter les comportements électrochimiques correspondants.
« Le potentiel de cette électrode modèle est immense », a déclaré le Dr Zheng-Ze Pan, l’un des auteurs correspondants de l’étude, publiée dans Matériaux fonctionnels avancés. « En utilisant l’électrode à membrane modèle avec sa vaste gamme de dimensions de nanopores, nous pouvons obtenir des informations approfondies sur les processus électrochimiques complexes qui se produisent dans les électrodes de carbone poreux, ainsi que leurs corrélations inhérentes aux dimensions des nanopores. »
De plus, les gCNT sont composés de feuilles de graphène empilées à faible cristallinité, offrant un accès inégalé à la conductivité électrique dans les parois de carbone à faible cristallinité. Grâce à des mesures expérimentales et à l’utilisation d’un système interne de désorption à température programmée, les chercheurs ont construit un modèle structurel à l’échelle atomique des parois à faible teneur en carbone cristallin, permettant des simulations théoriques détaillées.
Le Dr Alex Aziz, qui a effectué la partie simulation de cette recherche, souligne : « Nos simulations avancées fournissent une lentille unique pour estimer les transitions électroniques dans les carbones amorphes, mettant en lumière les mécanismes complexes régissant leur comportement électrique.
Plus d’information:
Hongyu Liu et al, Électrodes à membrane nanoporeuse avec un réseau ordonné de nanotubes de carbone géants creux, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202303730