Nanotubes de carbone alignés/électrolytes gel : vers des Supercondensateurs hautes performances légers, Sécurisés et flexibles pour un fonctionnement nomade en environnements Sévères – S3CAP

Le projet S3CAP se propose de contribuer au développement de supercondensateurs pour applications nomades en environnements sévères. Il repose sur les résultats obtenus dans le cadre du projet ASTRID H2E-CAP qui portait sur l’étude de nouveaux matériaux d’électrode de supercondensateurs à haute densité d’énergie et de puissance. Ces matériaux sont élaborés à partir de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT). L’une des avancées majeures du projet H2ECap est la diminution de la température de synthèse des VACNT qui a permis leur croissance contrôlée sur un substrat en aluminium (Al), peu couteux, très conducteur, et flexible. Par ailleurs, nous avons montré que la configuration parfaitement alignée des VACNTs leur confère une cinétique de stockage capacitive bien plus importante que les matériaux conventionnels (e.g ; carbone activé), et que la capacitance de ces matériaux était considérablement augmentée par l’incorporation de polymères conducteurs électroniques (PCE). Ces PCE, déposés de manière contrôlée sur les VACNTs, conduisent à des matériaux hybrides associant un stockage capacitive (VACNTs) et pseudocapacitif (PCEs) qui débouchent sur des supercondensateurs de fortes densités de puissance et d’énergie intéressants les domaines civil et militaire. Il a également été démontré la faisabilité industrielle du concept et des approches développés au travers de la réalisation à l’échelle semi-industrielle de ces associations de matériaux (VACNT/PCE) en grandes surfaces. Le projet S3CAP a pour objectif de maturer et d’ajuster les technologies d’élaboration des architectures de supercondensateurs hautes performances développées précédemment qui intégreront des matériaux d'électrodes optimisés à base de VACNT sur collecteur de courant Al et des électrolytes ininflammables à base de liquide ionique et de polymère répondant à des fonctionnalités spécifiques en terme de sécurité, flexibilité, légèreté, portabilité pour un fonctionnement en environnement sévère. Le contexte dual dans lequel se place ce projet destine les systèmes de stockage développés dans le projet S3CAP à une intégration pour application nomade aussi bien pour les équipements militaires du combattant que pour ceux de pratiquants de sports extrêmes. La stratégie consiste à développer des électrodes en double-face sur collecteur Al permettant de maximiser les capacitances volumétriques et massiques en gagnant sur la masse active par masse de collecteur. Le dépôt du PCE sera réalisé selon une voie de polymérisation en phase vapeur, compatible avec un déploiement industriel, et permettant d’optimiser l’homogénéité de distribution du polymère. Concernant les électrolytes, la sécurisation (inflammabilité, fuites) de ces dispositifs nécessaire pour une application nomade sera gérée par le développement d’électrolytes gels ou quasi-solides innovants qui répondront également à une utilisation dans un domaine de température concerné par les environnements sévères. L’issue technique du projet est le prototypage des dispositifs supercondensateurs ajustés ou développés au cours du projet par association des différents matériaux cités ci-dessus. En particulier, un travail sur le dimensionnement, le packaging et les procédés d’assemblage des briques élémentaires du système supercondensateur sera réalisé de manière à répondre aux fonctionnalités attendues. Les performances et la durée de vie des prototypes en environnement représentatif seront évaluées. Le consortium du projet mêle instituts de recherche et société industrielle et possède une expertise en matière de préparation et de caractérisation des matériaux d'électrodes pour le développement de supercondensateurs pour l'industrie. Les compétences du consortium solidement établies pour le développement des briques élémentaires de supercondensateurs sont un réel atout pour aboutir à des prototypes, à un niveau de TRL 5-6, et dont les fonctionnalités répondront à une utilisation nomade en environnement sévère.