Les sources d’énergie renouvelable sont non seulement propres, mais aussi inépuisables. Mais voilà, le soleil ne brille pas toujours, le vent ne souffle pas en permanence, et les eaux calmes ne génèrent pas de mégawatts. Cette intermittence pose un problème alors que notre monde est toujours plus gourmand en énergie. Il est nécessaire de stocker cette énergie dans des batteries, lesquelles dépendent de matériaux comme le lithium. Or, l’approvisionnement en lithium est limité, et son extraction a un impact environnemental considérable.
Une solution aux problèmes des énergies renouvelables
C’est dans ce contexte que le travail du chercheur Damian Stefaniuk et de ses collègues du Massachusetts Institute of Technology (MIT) prend toute son importance. Ils ont développé un supercondensateur en utilisant trois matériaux simples et bon marché : l’eau, le ciment — du béton, autrement dit — et une substance appelée noir de carbone. Contrairement aux batteries, les supercondensateurs peuvent se charger rapidement et ne subissent pas les mêmes niveaux de dégradation. Cependant, ils libèrent également leur énergie rapidement, les rendant moins utiles pour des appareils nécessitant une alimentation stable sur une longue période.
Le supercondensateur fonctionne grâce à une propriété particulière du noir de carbone, très conducteur. En combinant le noir de carbone avec du ciment et de l’eau, on obtient un béton rempli de réseaux de matériaux conducteurs. Les plaques conductrices de carbone noir ciment sont trempées dans un électrolyte appelé chlorure de potassium. Lorsqu’un courant électrique est appliqué, les plaques chargées positivement accumulent des ions négativement chargés, créant un champ électrique.
Selon Damian Stefaniuk, les supercondensateurs en carbone-ciment pourraient jouer un rôle crucial dans la décarbonisation de l’économie mondiale. « Si cette technologie peut être mise à l’échelle, elle pourrait résoudre un problème majeur : le stockage de l’énergie renouvelable », affirme-t-il. Les chercheurs imaginent plusieurs applications potentielles, comme des routes capables de stocker l’énergie solaire et de recharger les voitures électriques sans fil, ou encore des fondations de maisons qui, en plus de soutenir la structure, pourraient stocker de l’énergie.
Actuellement, les supercondensateurs en béton peuvent stocker environ 300 watt-heures par mètre cube, ce qui suffit pour alimenter une ampoule LED de 10 watts pendant 30 heures. Ça peut sembler faible comparé aux batteries conventionnelles, mais une fondation de 30 à 40 mètres cubes de béton pourrait suffire pour répondre aux besoins énergétiques quotidiens d’une maison résidentielle. « Étant donné l’utilisation généralisée du béton dans le monde, ce matériau pourrait être très compétitif et utile pour le stockage d’énergie », explique Stefaniuk.
Les chercheurs du MIT ont démontré la faisabilité de leur concept en créant des supercondensateurs de 1V avant de les connecter en série pour alimenter une LED de 3V. Ils ont ensuite augmenté l’échelle pour produire un supercondensateur de 12V. Damian Stefaniuk a même réussi à utiliser des versions plus grandes pour alimenter une console de jeu portable. L’équipe prévoit maintenant de construire des versions encore plus grandes, dont une de 45 mètres cubes capable de stocker environ 10 kWh d’énergie, suffisante pour alimenter une maison pendant une journée.
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