Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie,
centre de recherche sur les batteries et supercondensateurs

Des électrodes de supercondensateurs à grande capacité volumique

Des électrodes de supercondensateurs à grande capacité volumique
© J. Dall’Agnese (UPS) and M. Lukatskaya (Drexel). Colorized SEM image of delaminated Ti3C3 with various ions and water molecules that can intercalate.

La mise au point de nouveaux matériaux pour le stockage électrochimique de l’énergie est un des enjeux importants pour améliorer l’autonomie des dispositifs embarqués. Parmi ces dispositifs, les supercondensateurs offrent des performances intermédiaires entre les batteries et les condensateurs, avec des densités de puissance élevées mais une densité d’énergie limitée. Augmenter cette densité d’énergie permettrait d’en augmenter l’autonomie, aujourd’hui limitée à quelques secondes.

 

               Dans la continuité de leurs travaux de recherche sur les matériaux carbonés pour le stockage électrochimique de l’énergie, des chercheurs du laboratoire CIRIMAT UMR CNRS 5085 de l’Université Paul Sabatier (Y. Dall’Agnese, P. Rozier, P. L. Taberna et P. Simon) ont montré la possibilité d’insérer réversiblement différents ions en milieu aqueux - sodium, potassium, ammonium, magnésium et aluminium - dans des structures de carbure métallique lamellaire appelées « MXènes ». Plus particulièrement, l’insertion d’ions provenant d’un électrolyte aqueux a été démontrée en utilisant des carbures de titane Ti3C2 de structure lamellaire dont la surface est fonctionnalisée par des groupes hydrophiles.

 

               Ces résultats, obtenus en collaboration avec l’équipe de Y. Gogotsi et M. Barsoum de l’Université de Drexel (USA), sont intéressants à plusieurs titres : tout d’abord, peu de matériaux acceptent l’insertion d’ions plus volumineux que le lithium ; ensuite, les capacités volumiques de stockage de charge sont deux à trois fois plus élevées que celles reportées jusqu’à présent, ce qui constitue une avancée importante vers la réalisation de supercondensateurs de grande densité d’énergie. Plus largement, ces travaux offrent la possibilité d’explorer l’ensemble de la famille des carbures et carbonitrures lamellaires de type MXènes dans les systèmes de stockage électrochimique de l’énergie en jouant sur l’insertion d’ions mono- et multivalents, dans l’objectif d’en améliorer les performances.

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Références

Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-dimensional Titanium Carbide. M. R. Lukatskaya, O. Mashtalir, C. E. Ren, Y. Dall’Agnese, P Rozier, P L Taberna, M. Naguib, P. Simon, M. W. Barsoum & Y. Gogotsi

Science, Report, 27 septembre, DOI: 10.1126/science.1241488.
http://dx.doi.org/10.1126/science.1241488