La sagesse sur le marché des matériaux indique qu’il faut au moins plusieurs décennies pour passer de la découverte au succès commercial, ce qui suggère que le graphène – un super-fort, extrêmement une sorte de carbone bidimensionnel conducteur – pourrait être sur le point de trouver son « application tueuse ». Surnommé le «produit merveilleux» et séparé en 2004 – utilisant une approche ingénieuse comprenant du scotch – par Andre Geim et Konstantin Novoselov de l’Université de Manchester au Royaume-Uni, les attentes concernant le graphène étaient très élevées. Et c’était avant que le duo ne reçoive le prix Nobel de physique en 2010, qui a allumé une fusée dans la recherche d’applications commercialement viables.
Découverte des nanotubes
Avance rapide jusqu’à aujourd’hui, qui dépasse de nombreuses fausses aubes dans le secteur des clients potentiels pour de minuscules feuilles de carbone plates, et le graphène prend désormais une place spécifique dans le secteur de l’énergie. Il s’est avéré que ceux qui étaient au courant auraient pu se tourner vers les nanotubes de carbone – des versions enroulées de graphène – pour trouver des idées sur le succès futur des flocons de carbone plus plats. Les fabricants de batteries ont sauté sur l’application des nanotubes de carbone dans leurs conceptions comme méthode d’augmentation de la capacité de stockage des cellules lithium-ion.
De minuscules nanostructures tubulaires, qui ont précédé le graphène, fonctionnent dans l’innovation des batteries grâce à leur combinaison favorable de surface élevée, de conductivité élevée et de résistance mécanique. Les réseaux de nanomatériaux sont également polyvalents, ce qui permet aux structures de se dilater et de se contracter avec les changements de niveau de température, ce qui est bénéfique pour gérer les cycles de charge et de décharge de la batterie. Désormais, les développeurs de graphène utilisent ces qualités de batterie attrayantes et les utilisent dans des supercondensateurs, ce qui pourrait considérablement améliorer la durée de vie des batteries utilisées pour alimenter les automobiles électriques.
Les batteries, qui stockent chimiquement leur énergie électrique, sont idéales pour situations où la puissance est nécessaire à des niveaux relativement bas pendant de plus longues périodes. Les cas d’utilisation beaucoup plus courts et plus extrêmes, en revanche, conviennent parfaitement aux supercondensateurs, qui exploitent leur énergie à l’aide d’un champ électrique. Avec les deux options, l’énergie conservée crée une capacité électrique, qui peut être exploitée pour entraîner des éléments dans un circuit.
Équipe de rêve
En appliquant ces qualités aux voitures électriques, vous pouvez maintenant voir où les différentes technologies conviennent. Les batteries fonctionnent très bien en croisière le long de la route, mais se cassent rapidement si les automobilistes prennent l’habitude d’une vitesse élevée, où les supercondensateurs peuvent intervenir pour fournir des rafales de puissance fortes, mais courtes. Les supercondensateurs font un excellent travail d’enregistrement rapide de l’énergie électrique, par exemple lorsque les conducteurs appuient sur le frein et que l’alimentation est rétablie à partir des moteurs de l’automobile.
Les entreprises qui cherchent à augmenter la production de graphène pour cibler des applications telles que Les supercondensateurs pour véhicules consistent en l’Ecosse Integrated Graphene, qui a annoncé le mois dernier son intention d’investir ₤ 8 millions dans l’expansion de son innovation en mousse de graphène 3D. Et ce n’est en aucun cas le seul fournisseur de graphène à avoir des supercondensateurs sur le radar. First Graphene, qui a son centre de R&D au Graphene Engineering & Innovation Centre à Manchester, au Royaume-Uni, non loin des laboratoires de Geim et Novoselov, optimise également la production de produits en fonction des fabricants d’appareils.
En Allemagne, Skeleton Technologies (qui travaille avec une forme de carbone appelée « graphène courbe ») se prépare à investir 220 millions d’euros pour construire ce qu’il déclare sera la « plus grande usine de supercondensateurs au monde » en collaboration avec Siemens. La production de l’usine devrait commencer en 2024, et l’entreprise est bien intégrée dans le secteur des transports.
Pas simplement pour les véhicules électriques
Lorsque Tesla a acquis Maxwell Technologies, une société américaine développeur de produits de stockage d’énergie et d’expédition d’énergie – en 2019, il y avait des spéculations selon lesquelles les supercondensateurs pourraient découvrir leur chemin dans les nouveaux modèles du constructeur automobile électrique américain. Tesla a vendu l’entreprise quelques années plus tard. Et même si les camions électriques ne s’avèrent pas être le marché de rupture pour le graphène, les utilisations des supercondensateurs contenant le nanomatériau ne manquent pas.
La société d’analyse IDTechEx, basée à Cambridge, au Royaume-Uni, a vu le secteur depuis longtemps et garde à l’esprit que les installations d’expédition, en particulier les grues utilisées pour emballer et décharger les conteneurs, ont besoin de brèves sursauts de puissance. Et, comme les automobiles, les grues entraînées par des moteurs électriques utilisent également des systèmes de collecte d’énergie qui fonctionnent bien avec les supercondensateurs. D’autres applications consistent à aider à alimenter les voitures dans des environnements froids, où les batteries de routine peuvent perdre jusqu’à un tiers de leur charge lorsque les températures chutent.
Les supercondensateurs peuvent aider à soutenir la production des réseaux d’énergie renouvelable qui autrement fluctuer en raison des modifications des conditions éoliennes et solaires. La robotique du commerce électronique est une autre perspective intrigante pour les supercondensateurs, ainsi que les utilisations dans les camions à pile à combustible, pour aider à la gestion de l’énergie. Les tramways, les bus et les infrastructures ferroviaires peuvent également bénéficier des supercondensateurs. Et après cela, il y a aussi des installations informatiques, dans les centres de données, les établissements de santé et ailleurs, qui peuvent être protégées contre les pannes de courant grâce à des conceptions d’alimentation sans interruption comprenant des supercondensateurs hautes performances.
Le temps nous dira si le graphène s’impose sur ces marchés, mais la connaissance du monde des produits nous oblige à le découvrir rapidement.
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