Améliorer la performance des batteries et des super-condensateurs, c’est le défi que se sont lancés des scientifiques de l’université de Stanford. Leur idée : créer une nouvelle matière carbonée capable de générer un cadre idéal de conductivité électrique et d’ajuster les propriétés électroniques du carbone.

Carbone activé

Deux enjeux dirigent les recherches de cette équipe plongée au cœur de la Silicon Valley : d’une part, améliorer la performance des appareils électriques et, d’autre part, celle des applications de stockage d’énergie. Pour ce faire ils se sont ainsi intéressés au charbon actif, ce matériau que l’on retrouve dans plusieurs domaines allant des systèmes de filtration aux dispositifs de stockage.

Jusqu’alors, pour réaliser son processus d’activation, on utilisait des matières organiques végétales riches en carbone – comme la noix de coco. Et c’est via un processus chimique et physique que des « pores » se forment. Ceux-ci permettent alors de catalyser plusieurs réactions chimiques et de stocker des charges électriques.

Mais très vite viennent poindre deux limites et nuisent à la conductivité : il n’y a aucun moyen de contrôler la connectivité des « pores » et des impuretés viennent s’incruster sur le carbone. Et s’il était alors possible de produire une architecture idéale via un procédé de synthèse ? Toute l’idée est là et c’est le défi qu’ils vont résoudre en s’attelant au principal problème du carbone actif, à savoir sa fabrication.

Carbone synthétisé

Leur idée ?  Remplacer les coques de noix de coco par un polymère à base d’eau, l’hydrogel. En effet – explique Zhenan Bao, auteur principal de l’étude : « Les polymères d’hydrogel forment un cadre interconnecté, en trois dimensions, idéal pour conduire l’électricité (…) Ce cadre comprend également des molécules organiques fonctionnelles et des atomes tels que l’azote, qui nous permet d’ajuster les propriétés électroniques du carbone ».

Ils vont ensuite utiliser un processus de carbonisation et d’activation légère afin de convertir les structures organiques polymères en feuilles de carbone d’une épaisseur nanométrique.

L’avantage, explique John TO, co-auteur principal de l’étude, est que : « Les feuilles de carbone forment un réseau 3-D qui possède une bonne connectivité des pores et à haute conductivité électronique ».

C’est une innovation qui pourrait bien ainsi révolutionner plusieurs applications telle que les batteries et super-condensateurs au lithium-soufre.