S’inspirant du monde végétal, des chercheurs ont inventé une nouvelle électrode qui pourrait augmenter de 3 000 % notre capacité actuelle de stockage de l’énergie solaire.
Cette technologie est flexible et peut être fixée directement sur les cellules solaires, ce qui signifie que nous pourrions enfin nous rapprocher des smartphones et des ordinateurs portables qui tirent leur énergie du soleil, sans jamais en manquer.
L’un des principaux problèmes liés à l’utilisation fiable de l’énergie solaire comme source d’énergie est de trouver un moyen efficace de la stocker pour une utilisation ultérieure sans qu’il y ait de fuite au fil du temps.
À cette fin, les ingénieurs se sont tournés vers les supercondensateurs, un type de technologie capable de se charger extrêmement rapidement et de libérer de l’énergie en grandes rafales. Mais pour l’instant, les supercondensateurs ne sont pas capables de stocker suffisamment d’énergie pour servir de batteries solaires.
Une équipe de l’université RMIT de Melbourne, en Australie, a donc décidé d’étudier comment les organismes vivants parviennent à faire entrer beaucoup d’énergie dans un petit espace, et leur imagination a rapidement été stimulée par les ingénieuses feuilles à base de fractales d’une plante nord-américaine commune, la fougère épervière (Polystichum munitum).
“Les feuilles de la fougère épée occidentale sont densément bourrées de veines, ce qui les rend extrêmement efficaces pour stocker l’énergie et transporter l’eau autour de la plante”, explique l’un des membres de l’équipe, le nano-ingénieur Min Gu.
“Notre électrode est basée sur ces formes fractales – qui s’auto-reproduisent, comme les mini-structures à l’intérieur des flocons de neige – et nous avons utilisé cette conception naturellement efficace pour améliorer le stockage de l’énergie solaire au niveau nanométrique.”
Dans l’image ci-dessous, la surface d’une feuille de fougère est grossie 400 fois, et vous pouvez clairement voir le motif auto-réplicatif que les chercheurs ont utilisé dans leur conception :
Université RMIT
Pour fabriquer une électrode hautement conductrice, les scientifiques utilisent des lasers pour manipuler le graphène, le nanomatériau de carbone polyvalent d’un atome d’épaisseur qui peut conduire l’électricité à des vitesses impressionnantes.
En utilisant une conception fractale dans l’électrode en graphène et en la combinant avec des supercondensateurs existants, Gu et son équipe ont obtenu une capacité de stockage d’énergie 30 fois supérieure.
Cela signifie que si leur nouvelle électrode est mise en œuvre avec succès, nous pourrions voir des cellules solaires liées à des supraconducteurs ayant une capacité de stockage 3 000 % supérieure à ce qui est actuellement possible.
“Les supercondensateurs à capacité accrue offriraient à la fois une fiabilité à long terme et une libération rapide de l’énergie”, explique-t-il.
Gu pense que ces supercondensateurs d’un genre nouveau seraient une alternative idéale pour le stockage de l’énergie solaire, car ils permettraient de récupérer efficacement une quantité décente d’énergie, même par temps couvert.
Pour l’instant, ce premier lot d’électrodes n’est qu’une preuve de concept pour la nouvelle approche basée sur les fractales, mais les chercheurs sont déjà enthousiasmés par les applications potentiellement vastes de leur nouvelle technologie.
“La possibilité la plus excitante est d’utiliser cette électrode avec une cellule solaire, afin de fournir une solution totale de collecte et de stockage d’énergie sur la puce”, explique le chercheur principal Litty Thekkekara, étudiant en doctorat à l’université RMIT.
Bien qu’il soit possible de le faire avec des cellules solaires existantes du type de celles que l’on voit fréquemment sur les toits des maisons, Thekkekara pense qu’il serait particulièrement utile d’intégrer leur nouvelle électrode avec des cellules solaires à couche mince, la “prochaine génération” de cellules photovoltaïques flexibles qui pourraient être utilisées pratiquement partout.
“[Elle] pourrait être utilisée presque partout où vous pouvez l’imaginer, des fenêtres de bâtiments aux panneaux de voitures, des téléphones intelligents aux montres intelligentes”, dit-elle. “Nous n’aurions plus besoin de batteries pour charger nos téléphones ou de stations de recharge pour nos voitures hybrides”
“Maintenant, l’accent doit être mis sur l’énergie solaire flexible, afin que nous puissions travailler à la réalisation de notre vision d’une électronique autoalimentée et entièrement dépendante du soleil.”
Le prototype a été décrit dans Scientific Reports.