La modélisation des matériaux favorise les avancées dans le stockage de l’énergie

Les chercheurs sont constamment à la recherche de matériaux électroniques plus efficaces et économiques pour les dispositifs de stockage d’énergie de nouvelle génération afin de répondre aux demandes des véhicules électriques (VE) et d’autres appareils qui nécessitent plus de puissance sans ajouter de volume ou de poids. Les scientifiques se concentrent sur l’utilisation de techniques de modélisation pour prédire le comportement des matériaux avant de générer des inventions qui les utilisent pour économiser du temps d’expérimentation et des budgets souvent limités pour la recherche scientifique.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Houston (UH) et de l’Université Texas A&M ont combiné ces deux aspects de la recherche avec une nouvelle électrode de supercondensateur plus solide et plus polyvalente que les conceptions actuelles à base de carbone qui identifie un matériau en modélisant sa nanoarchitecture pour des résultats optimisés.

EUH

Haleh Ardebili, professeur agrégé de génie mécanique à l’Université de Houston (UH), a dirigé les travaux qui ont démontré que la modélisation basée sur la nanoarchitecture matérielle peut fournir une compréhension plus précise de la diffusion des ions et d’autres propriétés dans les électrodes composites.

La recherche, dirigée par Haleh Ardebili, professeure agrégée de génie mécanique à l’UH, démontre comment des méthodes de modélisation plus précises aideront les chercheurs à trouver de nouveaux matériaux nano-architecture plus efficaces pour les dispositifs de stockage d’énergie qui peuvent durer plus longtemps, ainsi que fournir plus d’énergie à un poids plus léger.

« Nous proposons que ces modèles basés sur la nanoarchitecture du matériau soient plus complets, détaillés, informatifs et précis par rapport au modèle de support poreux », a déclaré Ardebili dans un communiqué de presse.

Anatomie d’une électrode

Alors que la modélisation des milieux poreux suppose généralement des tailles de pores uniformes dans un matériau, elle ne mesure pas les dimensions variables et les propriétés géométriques du matériau. Pour une précision accrue, l’équipe a utilisé une modélisation basée sur la nanoarchitecture des matériaux, ce qui leur a permis de mieux comprendre la diffusion des ions et les propriétés associées dans les électrodes composites qu’elles ont développées.

L’équipe a spécifiquement construit une électrode de supercondensateur structurelle à base d’oxyde de graphène réduit et de nanofibre d’aramide. Lorsqu’ils ont décidé de travailler avec de l’oxyde de graphène réduit et des nanofibres d’aramide (rGO/ANF), les chercheurs savaient que c’était une bonne solution pour une électrode de supercondensateur en raison de ses fortes propriétés électrochimiques et mécaniques.

Les électrodes de supercondensateur typiques sont composées de matériaux poreux à base de carbone et le rGO est principalement composé de carbone. Cependant, l’ajout d’ANF ajoute une résistance mécanique que l’on ne trouve pas uniquement dans les électrodes à base de carbone, ce qui rend son utilisation dans les supercondensateurs plus adaptée aux applications difficiles. C’est pourquoi l’Office of Scientific Research de l’US Air Force a partiellement financé la recherche, car l’invention pourrait avoir des utilisations militaires.

Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue ACS Nano.

En fin de compte, les chercheurs espèrent que les travaux montreront comment l’utilisation d’une modélisation améliorée peut aider à la recherche de matériaux énergétiques avancés pour les dispositifs de stockage d’énergie afin de répondre aux demandes des futurs appareils et véhicules.

« Ce que nous proposons, c’est que oui, le modèle des médias poreux peut être pratique, mais il n’est pas nécessairement exact », a déclaré Ardebili. « Pour les appareils à la pointe de la technologie, nous avons besoin de modèles plus précis pour mieux comprendre et concevoir de nouveaux matériaux d’électrode. »