Un dispositif de stockage d'énergie conçu pour être recyclé
Ce supercondensateur compact et rechargeable peut être démonté et réutilisé, ce qui constitue un pas en avant vers une électronique plus durable.
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Les montres connectées, les téléphones et même certains drones fonctionnent grâce à des systèmes de stockage d'énergie légers et rechargeables. Une fois ces appareils usés, beaucoup finissent au rebut sous forme de déchets électroniques. Des chercheurs, dont les travaux ont été publiés dansla revue ACS Energy Letters, ont mis au point un supercondensateur compact pouvant être rapidement démonté en composants réutilisables. Ils ont utilisé ces dispositifs pour alimenter l’hélice d’un planeur, puis ont démonté un supercondensateur et réutilisé ses pièces, l’une après l’autre, pour en fabriquer deux nouveaux qui offraient des performances équivalentes à celles du dispositif d’origine.
L'hélice de ce planeur était alimentée par des supercondensateurs prototypes installés sur ses ailes, qui peuvent être démontés et recyclés pour fabriquer de nouveaux dispositifs de stockage d'énergie.
Tse Nga Ng
De nombreux appareils rechargeables utilisent la technologie lithium-ion et contiennent des électrolytes inflammables. De plus, ils sont difficiles à recycler car leurs composants ne se démontent pas facilement. Tse Nga Ng, Nandu Koripally et leurs collègues ont donc cherché une approche plus durable pour le stockage compact de l’énergie. Leurs travaux les ont amenés à mettre au point un supercondensateur utilisant des ions zinc dans un électrolyte à base d’eau non inflammable, des adhésifs solubles et des matériaux conducteurs d’électricité réutilisables.
« Nous nous sommes appuyés sur les travaux antérieurs de notre laboratoire, en combinant une chimie alternative à haute énergie basée sur les ions zinc et des supercondensateurs structurels afin de créer une version recyclable qui permet de donner une seconde vie aux cellules et qui surpasse les dispositifs de pointe existants », explique Koripally, auteur principal de l’étude.
Pour le supercondensateur, les chercheurs ont créé une anode en zinc métallique recouverte d’une feuille de cuivre et une cathode en fibres de charbon actif. Entre les deux, ils ont placé un électrolyte solide constitué d’une résine poreuse enduite sur un film plastique et imprégnée d’une solution de chlorure de zinc (II). La résine formait des liaisons solides lorsqu’elle était chauffée, mais se désagrégeait dans un liquide légèrement acide. Enfin, ils ont fusionné les couches à l’aide de chaleur, formant ainsi un dispositif mince présentant un potentiel de 2 volts.
Pour valider leur concept, les chercheurs ont intégré quatre supercondensateurs dans les ailes d’un modèle réduit de planeur. Lancé comme un avion en papier, celui-ci a parcouru 12 pieds (3,7 mètres) lorsque le moteur de l’hélice était alimenté par les supercondensateurs, contre 8 pieds (3,4 mètres) sans source d’énergie externe.
Les chercheurs ont ensuite placé l’un des supercondensateurs dans une solution aqueuse légèrement acide afin de le démonter. En moins de 30 minutes, les couches se sont séparées. La cathode en fibre de carbone récupérée a été réutilisée à deux reprises, à chaque fois avec des électrolytes solides neufs et des anodes en zinc. De la fabrication initiale aux deux cycles de recyclage, les fibres de carbone ont effectué avec succès plus de 172 000 cycles de charge-décharge et ont conservé des performances électriques similaires tout au long de leur durée de vie.
Ces résultats démontrent une approche prometteuse pour le stockage d’énergie léger qui minimise les déchets électroniques, affirme l’équipe.
« La durabilité et la performance ne sont pas nécessairement des objectifs contradictoires », explique Koripally. « En prenant en compte l’ensemble du cycle de vie des matériaux, nous pouvons combiner les exigences de conception en une seule solution afin de fabriquer des dispositifs de stockage d’énergie structurels qui conservent des performances élevées et sont faciles à réparer et à réutiliser. »
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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