L'un des plastiques conducteurs les plus utilisés aujourd'hui est le PEDOT, abréviation de poly(3,4-éthylènedioxythiophène). Le PEDOT est un film flexible et transparent qui est couramment appliqué à la surface des films photographiques et des composants électroniques pour les protéger de l'électricité statique. Il est également utilisé dans les écrans tactiles, les cellules solaires organiques et les dispositifs électrochromes, tels que les fenêtres intelligentes qui peuvent passer de la lumière à l'obscurité sur simple pression d'un bouton.
Cependant, le potentiel de stockage d'énergie du PEDOT est limité car les matériaux PEDOT disponibles dans le commerce n'ont pas la conductivité et la surface nécessaires pour stocker de grandes quantités d'énergie.
Les chimistes de l'UCLA s'attaquent à ces défis avec une approche innovante qui contrôle la morphologie du PEDOT pour faire croître avec précision les nanofibres. Ces nanofibres présentent une conductivité électrique supérieure et une surface élargie, deux éléments essentiels pour améliorer la capacité de stockage d'énergie du PEDOT.
Contrairement aux batteries, qui stockent l'énergie par des réactions chimiques lentes, les supercondensateurs stockent et libèrent de l'énergie en accumulant une charge électrique à leur surface. Cela leur permet de se charger et de se décharger extrêmement rapidement, ce qui les rend idéaux pour les applications qui nécessitent des rafales de puissance rapides, telles que les systèmes de freinage régénératif dans les véhicules hybrides et électriques, ainsi que les flashs d'appareil photo. Par conséquent, de meilleurs supercondensateurs sont un moyen de réduire la dépendance aux combustibles fossiles.
Des chimistes de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) ont produit le nouveau matériau grâce à un processus unique de croissance en phase vapeur pour créer des nanofibres PEDOT verticales. Ces nanofibres ressemblent à des herbes denses qui poussent vers le haut, augmentant considérablement la surface du matériau, lui permettant de stocker plus d'énergie. En ajoutant une goutte de liquide contenant des nanofeuilles d'oxyde de graphène et du chlorure ferrique à la feuille de graphite, les chercheurs ont exposé l'échantillon à la vapeur de la molécule précurseur, qui a finalement formé le polymère PEDOT.
Au lieu de se transformer en un film planaire très fin, le polymère se développe en une structure épaisse semblable à de la fourrure avec une surface considérablement accrue par rapport aux matériaux PEDOT conventionnels.
Le nouveau matériau PEDOT a montré des résultats impressionnants, dépassant les attentes dans plusieurs domaines clés. Sa conductivité est 100 fois supérieure à celle des produits PEDOT commerciaux, ce qui le rend plus efficace pour le stockage de charge. Plus frappant encore, la surface électrochimiquement active de ces nanofibres PEDOT est quatre fois supérieure à celle du PEDOT conventionnel. Cette surface accrue est essentielle car elle permet de stocker plus d'énergie dans le même volume de matériau, ce qui améliore considérablement les performances du supercondensateur.
Grâce à un nouveau procédé permettant de faire pousser une épaisse couche de nanofibres sur des feuilles de graphène, le matériau possède désormais l'une des capacités de stockage de charge les plus élevées à ce jour en PEDOT – plus de 4 600 millifarads par centimètre carré, soit près d'un ordre de grandeur supérieur à celui du PEDOT conventionnel.
En plus de cela, le matériau est extrêmement durable et peut résister à plus de 70 000 cycles de charge, bien plus que les matériaux traditionnels. Ces progrès ont ouvert la porte aux supercondensateurs, qui sont non seulement plus rapides, plus efficaces, mais qui durent également plus longtemps, ce qui est une qualité essentielle dans l'industrie des énergies renouvelables.