Stockage de l'énergie

Stockage de l'énergie avec des matériaux bio-sourcés comme le chanvre

Texte traduit automatiquement du Site Source : tps://www.bbc.com/news/science-environment-28770876?fbclid=IwAR0Yyt9ZIpTEbBHtEWxmliLvdq8k_jUBs2SUTeus_cxz749ml0nPnDLUInc

Les fibres de chanvre «meilleures que le graphène»



Les scientifiques disent que les déchets de fibres de chanvre peuvent être transformés en dispositifs de stockage d'énergie à hautes performances.
Ils ont «cuit» l’écorce de cannabis en nanofeuilles de carbone et ont construit des supercondensateurs «équivalents ou supérieurs au graphène» - l’étalon-or de l’industrie.
Les voitures électriques et les outils électriques pourraient exploiter cette technologie de chanvre, affirment les chercheurs américains.
Ils ont présenté leurs travaux lors de la réunion de la American Chemical Society à San Francisco.
"Les gens me demandent: pourquoi le chanvre? Je dis, pourquoi pas?" a déclaré le Dr David Mitlin de l’Université Clarkson de New York, qui décrit son appareil dans la revue ACS Nano.
"Nous fabriquons des matériaux analogues au graphène pour un millième du prix - et nous le faisons avec des déchets.
"Le chanvre que nous utilisons est parfaitement légal pour la culture. Il ne contient pas de THC - il n'y a donc pas de chevauchement avec les activités de loisirs."

Sauce secrète
Dans des pays comme la Chine, le Canada et le Royaume-Uni, le chanvre peut être cultivé industriellement pour l'habillement et les matériaux de construction.
Mais les restes de fibres libériennes - l'écorce interne - finissent généralement par être enfouis.



L'équipe du Dr Mitlin a récupéré ces fibres pour les transformer en supercondensateurs, des dispositifs de stockage d'énergie qui transforment le mode d'alimentation de l'électronique.
   C'est un déchet à la recherche d'une application à valeur ajoutée. Les gens vous paient presque pour l'emporter   Dr David Mitlin, Université Clarkson, New York
Les batteries classiques stockent de grands réservoirs d’énergie et s’alimentent lentement, tandis que les supercondensateurs peuvent rapidement décharger toute leur charge.
Ils sont idéaux dans les machines qui reposent sur des pics de puissance élevés. Dans les voitures électriques, par exemple, les supercondensateurs sont utilisés pour le freinage par récupération.

Pour libérer ce torrent, il faut des électrodes à grande surface - l’une des nombreuses propriétés phénoménales du graphène.
Plus solide que le diamant, plus conducteur que le cuivre et plus souple que le caoutchouc, le " matériau miracle " était la cible d'un investissement de 50 millions de livres sterling du chancelier britannique George Osborne.

Mais si cette monocouche de carbone est le matériau de pointe pour les supercondensateurs commerciaux, sa production est prohibitive.
Trouver des solutions de rechange durables et peu coûteuses est la spécialité de l'ancien groupe de recherche du Dr Mitlin à l'Université de l'Alberta.
Ils ont expérimenté tous les arômes de biodéchets, de la mousse de tourbe aux œufs. Plus récemment, ils ont transformé la peau de banane en piles.

"Vous pouvez faire des choses vraiment intéressantes avec les biodéchets. Nous avons à peu près compris sa sauce secrète", a déclaré le Dr Mitlin.

L'astuce consiste à adapter la fibre végétale adaptée au bon appareil électrique, en fonction de leur structure organique.

"Avec les pelures de banane, vous pouvez les transformer en un bloc de carbone dense - nous l'appelons pseudo-graphite - et c'est excellent pour les batteries à ions sodium", a-t-il expliqué.

"Mais si vous regardez la fibre de chanvre, sa structure est l’inverse - elle fabrique des feuilles de grande surface - ce qui est très propice aux supercondensateurs."

La première étape, a-t-il expliqué, "consiste à le cuire - presque comme un autocuiseur. C'est ce qu'on appelle la synthèse hydrothermale.

"Une fois que vous dissolvez la lignine et la semicellulose, il reste ces feuilles de carbone, une structure de pseudo-graphène."
Graphène
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   Le graphène est une forme de carbone qui existe sous forme de feuille de 1 atome d'épaisseur
   Les atomes sont disposés en une structure en nid d'abeille bidimensionnelle
   Découverte du graphène annoncée en 2004 par la revue Science
   Environ 100 fois plus fort que l'acier; conduit l'électricité mieux que le cuivre
   Considéré comme remplacement possible du silicium dans l'électronique
   Environ 1% du graphène mélangé à des plastiques pourrait les rendre conducteurs

La science des matériaux

Comment un truc collant a conduit au prix Nobel
En fabriquant ces feuilles sous forme d'électrodes et en ajoutant un liquide ionique comme électrolyte, son équipe a fabriqué des supercondensateurs fonctionnant dans une plage de températures étendue et avec une densité d'énergie élevée.
Les comparaisons directes avec des appareils concurrents sont compliquées par la diversité des mesures de performance.
Mais le journal de la revue de Mitlin, évalué par les pairs, classe le dispositif "à égalité ou mieux que les dispositifs commerciaux à base de graphène".
"Ils fonctionnent jusqu'à 0 ° C et affichent certaines des meilleures combinaisons énergie-énergie répertoriées dans la littérature pour tous les types de carbone.

"Par exemple, à une densité de puissance très élevée de 20 kW / kg (kilowatt par kilo) et à des températures de 20, 60 et 100 ° C, les densités d'énergie sont de 19, 34 et 40 Wh / kg (wattheures par kilo) respectivement."
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Entièrement assemblées, leur densité d'énergie est de 12 Wh / kg, ce qui peut être obtenu avec un temps de charge inférieur à six secondes.
Industrie de croissance

"De toute évidence, le chanvre ne peut pas faire tout ce que le graphène peut faire", reconnaît le Dr Mitlin.
"Mais pour le stockage d'énergie, cela fonctionne aussi bien. Et cela coûte une fraction du prix, 500 à 1 000 dollars la tonne."
Ayant établi une preuve de principe, sa jeune entreprise, Alta Supercaps, espère se lancer dans la fabrication à petite échelle.
Elle prévoit de commercialiser des appareils destinés aux industries du pétrole et du gaz, où le fonctionnement à haute température est un atout précieux.
Son déménagement aux États-Unis coïncide avec un changement d'attitude en matière de réglementation - avec des signes indiquant que le chanvre pourrait faire son grand retour .
En Chine, la culture est largement cultivée et au Canada, l’industrie du textile est en croissance.
"À cinquante kilomètres de chez moi en Alberta, il y avait une installation de traitement du chanvre agricole. Et toute cette fibre libérienne - elle se trouve dans une baie haute et ils ne savent pas quoi en faire", a déclaré le Dr Mitlin à la BBC Nouvelles.
"C'est un déchet à la recherche d'une application à valeur ajoutée. Les gens vous paient presque pour l'enlever."
Et si la technologie décolle vraiment, cela pourrait aider les économies, soutient-il.
"C’est une plante robuste; vous pouvez même la cultiver en Alberta, au Manitoba.

"Beaucoup d'agriculteurs seraient ravis de cultiver du chanvre."