Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université de Californie à Los Angeles a mis au point un nouveau dispositif hybride de stockage d'énergie à base de zinc, dont les électrodes sont fabriquées par impression 3D, offrant une densité énergétique sept fois supérieure à celle des dispositifs similaires. L'article correspondant a été publié dans le dernier numéro de la revue Small.
Ce nouveau dispositif stocke l'énergie à une extrémité comme une batterie lithium-ion traditionnelle, tandis que l'autre extrémité utilise une électrode en carbone similaire à celle d'un supercondensateur. Fabriquer des dispositifs de stockage d'énergie avec du zinc plutôt qu'avec du lithium sera moins cher et plus durable. En effet, les réserves de zinc dans la croûte terrestre sont cent fois supérieures à celles du lithium ; il est non seulement facile à extraire, mais aussi plus simple à recycler. Bien que les supercondensateurs stockent moins d'énergie, ils se chargent et se déchargent extrêmement rapidement et peuvent avoir une durée de vie allant jusqu'à plusieurs décennies.
Le principal inconvénient des supercondensateurs est que l'énergie ne peut rester qu'à la surface des électrodes. Dans cette nouvelle étude, l'équipe a considérablement augmenté la densité énergétique par deux moyens : d'une part, en augmentant considérablement la surface des électrodes en carbone, et d'autre part, en remplissant ces surfaces avec du matériau de stockage d'énergie, l'oxyde de vanadium.
Pour augmenter la surface des électrodes en carbone, l'équipe les a conçues sous forme de nid d'abeilles ou d'éponge, remplies de minuscules cavités. Les électrodes sont fabriquées par impression 3D : une résine liquide se solidifie instantanément sous l'effet d'un laser ultraviolet, permettant ainsi une construction couche par couche. Ensuite, l'équipe chauffe la pièce imprimée pour la dégazer, ne laissant qu'un squelette de carbone conducteur rempli de pores ouverts, puis charge l'oxyde de vanadium dans cette structure par un processus chimique. Le composant ainsi obtenu possède une surface étonnamment grande : si l'on étalait un gramme de ce matériau en une fine feuille, elle couvrirait environ 10 courts de tennis standard, ce qui lui permet de stocker une quantité massive de charges électriques.
Ce nouveau dispositif stocke non seulement sept fois plus d'électricité qu'un condensateur traditionnel, mais conserve également 82 % de sa capacité après 1 500 cycles de charge et décharge.
Pour stocker l'énergie solaire et éolienne afin de répondre à la demande croissante en électricité, il faut des dispositifs capables de se charger et de se décharger rapidement, tout en étant peu coûteux et capables de fonctionner pendant des décennies. Ce nouveau dispositif répond parfaitement à toutes ces exigences strictes.