DISAFECAP, avancée majeure dans le stockage d’énergie

DISAFECAP a pour objectif de développer une nouvelle génération de supercondensateurs tout-solides, flexibles, alliant sécurité et hautes performances électrochimiques surtout en fonctionnement à hautes températures. Ces dispositifs sont non seulement adaptés aux technologies utilisées pour des solutions compactes et durables, comme les objets connectés ou les appareils portables mais aussi peuvent s’inscrire dans les dernières avancées sur les batteries tout-solide pour le transport. DISAFECAP a permis de réaliser des électrolytes originaux et de les associer à des nanomatériaux carbonés pour développer aussi des électrodes performantes.

Les technologies clés du projet

• Les gels ioniques dynamiques (DIGs) : Une classe innovante d’électrolytes polymères utilisant la combinaison de polymères liquides ioniques à charges complémentaires. Le mariage de ces deux composants solides permet d’autogénérer un électrolyte sous forme de gel quasi-solide ce qui assure une excellente conduction ionique même à l’état solide. En plus de retirer les risques liés à l’utilisation de liquides inflammables, cette nouvelle génération de gel a la capacité à s’autoréparer en cas de dégâts mécaniques que pourrait subir le dispositif.
• Les électrodes innovantes à base de composites graphène/DIGs : le graphène, dont sa découverte a fait l’objet du prix Nobel de physique en 2010, a été combiné avec les DIGs pour élaborer des électrodes. Il a été démontré dans le cadre de DISAFECAP que ces matériaux composites combinent une excellente conductivité électrique avec des propriétés mécaniques supérieures, rendant possible l’élaboration de supercondensateurs flexibles, tout-solides et performants. L’intercalation du DIG dans la structure graphène permet en outre d’accroitre la surface d’échange de cette dernière avec les ions du DIG.

Grâce à ces innovations, DISAFECAP a permis de concevoir des supercondensateurs tri-couche performants offrant des nouvelles fonctionnalités : tout-solides mais flexibles, autoréparants à température ambiante, comprenant un électrolyte liquide autogénéré et opérationnels à haute température (jusqu’à 100°C). Côté performances, la capacitance de ces électrodes de supercondensateurs tout-solides atteint des valeurs de l’état de l’art, 10 farad par gramme (F/g) à température ambiante, valeur multipliée par 3 à haute température ce qui permet de stocker environ 1 Wh/kg pour une puissance délivrée de 20 W/kg.

Une contribution majeure à la recherche scientifique

Au-delà de ces avancées techniques, DISAFECAP a enrichi les connaissances fondamentales sur les matériaux polymères et les électrolytes, ouvrant des perspectives pour de nombreuses autres applications technologiques. Ce projet a permis de former par la recherche 2 doctorants :

• Dr Hazar Guemiza (thèse soutenue en septembre 2024) pour le LPPI sur l’élaboration des électrodes de supercondensateurs et l’étude de leur performances ;
• Dr Daniil Nisov (thèse soutenue en septembre 2024) au LIST sur la synthèse de polymères liquides ioniques complémentaires.

L’IMP à quant à lui recruté 2 postdoctorants (Dr F. Lepre and Dr M. Al-Eddine) qui ont étudié la coacervation des poly(liquides ioniques) et permis l’optimisation de leurs propriétés rhéologiques. Ce projet a permis aussi d’établir une échange scientifique renforcée via les mobilités des participants dans les laboratoires partenaires.

Ce projet a permis la publication de 3 articles dans des journaux scientifiques à fort impact témoignant de la réussite des collaborations internationales en recherche scientifique, entre le LPPI, l’IMP et le LIST, pour répondre aux grands défis de demain. Alors que DISAFECAP touche à sa fin, ses résultats promettent d’avoir un impact durable sur le stockage de l’énergie et les applications associées.

En savoir plus 

• LPPI