Un supercondensateur en béton

1 Prenez du ciment, imbibez-le d’eau et ajoutez du noir de carbone à hauteur d’au moins 3 % du volume total de la préparation. Avec cette recette, vous obtenez un supercondensateur peu onéreux, modulable et facilement industrialisable. Ce nouveau dispositif de stockage d’énergie développé par Nicolas Chanut, du MIT (l’institut de technologie du Massachusetts), et ses collègues pourrait être intégré directement dans les éléments de structure en béton des bâtiments.

2 Pour stocker de l’énergie, que ce soit dans nos téléphones ou nos voitures électriques, les batteries tiennent le haut du pavé. Mais, à l’heure actuelle, elles ne sont pas adaptées à toutes les situations, par exemple pour absorber l’électricité issue des énergies renouvelables. Ces dernières sont dites « intermittentes », car la production d’électricité n’est pas constante, et son pic peut être atteint alors même que la demande n’est pas élevée, et inversement. Il faut donc des dispositifs de stockage capables à la fois d’emmagasiner rapidement l’énergie produite et de la délivrer tout aussi rapidement. Ce qu’on peine à obtenir des batteries, qui ont des temps de charge et décharge relativement longs. Au contraire des supercondensateurs, qui peuvent délivrer presque instantanément l’énergie stockée. Ainsi, ils sont utilisés pour récupérer l’énergie de freinage des véhicules qui est ensuite employée pour faire fonctionner le système stop and start des voitures électriques, ou, dans un tout autre domaine, pour orienter de façon optimale les pales des éoliennes.

3 Les supercondensateurs sont composés de deux électrodes baignant dans une solution ionique (un électrolyte) et séparées par une couche isolante. En appliquant une différence de potentiel entre les deux électrodes, les ions positifs de l’électrolyte vont s’accumuler au niveau de l’électrode négative, et inversement pour les ions négatifs. Pour restituer l’énergie stockée, il suffit de couper la différence de potentiel, ce qui produit un flux d’électrons qui circulent alors à travers les électrodes conductrices.

4 Pour ce nouveau supercondensateur, Nicolas Chanut a donc mélangé du ciment, de l’eau, et du noir de carbone. Ce faisant, lorsque le ciment prend, grâce à l’eau, le noir de carbone, lui, forme un réseau de filaments interconnectés au sein de la structure. En intégrant au minimum 3 % de carbone dans la composition, il devient assez conducteur pour jouer le rôle d’électrode. Le matériau est plongé dans une solution de chlorure de potassium qui joue le rôle d’électrolyte. Il est possible d’ajuster la part de noir de carbone afin de contrôler la vitesse de charge et de décharge ou la capacité de stockage. Dans tous les cas, le supercondensateur peut être développé pour des coûts relativement faibles, tant les éléments dont il est constitué sont bon marché.

Vue d’artiste d’un supercondensateur à base de le ciment et de noir de carbone.

5 Pour le moment, le dispositif en est à la preuve de concept. Les chercheurs ont réussi à allumer une LED grâce à trois supercondensateurs branchés en série. Et puisqu’il est élaboré à base de ciment, il pourrait être intégré directement dans les nouveaux habitats en béton reliés, par exemple, à des panneaux solaires installés sur les toits.

Dans le dispositif expérimental des chercheurs, un panneau solaire fournit de l’électricité qui est emmagasinée dans trois supercondensateurs contenant du ciment et du noir de carbone. Ces cellules alimentent une diode électroluminescente.

6 45 mètres cubes de béton emmagasineraient près de 10 kilowattheures, une part non négligeable de la consommation journalière moyenne d’une maison individuelle.