Des polymères organiques pour stocker l’électricité

Les véhicules électriques sont équipés de batteries lithium-ion. Cette technologie est éprouvée mais elle pourrait être secondée à l’avenir par des condensateurs de forte puissance. Ces composants utilisent un matériau diélectrique qui stocke des charges sur une électrode métallique. Ils ont la particularité de se charger et de se décharger très rapidement. Si leur densité d’énergie n’est pas importante par rapport à des batteries au lithium ou des piles à combustible, ils peuvent être intéressants dans des processus aux besoins de décharges très rapides. C’est notamment le cas lors du démarrage. Le condensateur permet alors de se substituer à la batterie et de la préserver. Il peut également la seconder lors des phases d’accélération. Un autre usage possible est la récupération d’énergie, en particulier lors des phases de freinage, puis sa restitution. Le développement des condensateurs est donc plutôt destiné à compléter et non à concurrencer les batteries chimiques. 

Des condensateurs biosourcés prometteurs

Des scientifiques du Laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO) de l’Université de Bordeaux élaborent actuellement des condensateurs de forte puissance produits à partir d’un polymère organique biosourcé de type polyuréthane enrichi en groupements hydroxyle (OH) : le poly hydroxy uréthane (PHU). « Nous travaillons sur les polymères biosourcés depuis plus de dix ans. Ces matériaux sont idéaux pour fabriquer des condensateurs. Nous essayons de synthétiser différents polymères avec diverses structures pour optimiser leurs propriétés diélectriques », explique Étienne Grau, maître de conférences à l’Université de Bordeaux et membre du LCPO. Ils sont fabriqués à partir du stevia, un édulcorant peu onéreux présent naturellement dans les plantes éponymes et disponible facilement dans le commerce. Ils peuvent en outre être fondus pour être recyclé.

Néanmoins, leur coût est logiquement plus élevé que celui de leurs équivalents non biosourcés déjà présents sur le marché. « Le polypropylène orienté (BOPP), coûte à peine 4 euros le kilo. À l’échelle pilote, notre polymère reviendrait plutôt à environ 10 € », précise Étienne Grau. Pour autant, ce coût plus élevé ne le disqualifie pas forcément. D’une part car ce matériau pourrait bénéficier d’économies d’échelle. D’autre part car ses performances seront amenées à croître. « Ce qui est intéressant, c’est que le BOPP a atteint ses performances maximales. Notre polymère peut de son côté être encore grandement amélioré. Sa densité énergétique sera d’ailleurs forcément supérieure à celle du BOPP », détaille Florian Le Goupil, assistant d’enseignement et de recherche au LCPO.

Les chercheurs travaillent donc à augmenter ses caractéristiques, particulièrement sa densité d’énergie et son efficacité durant les phases de charge et de décharge. Il faudra en effet atteindre les mêmes performances que ce que propose le marché pour être compétitif et pouvoir commercialiser cette technologie. « Nous sommes encore un peu en dessous des produits actuellement disponibles en termes d’efficacité et de densité. L’efficacité de décharge du BOPP s’élève par exemple à 95 %. Nous atteignons déjà entre 85 % et 90 % et nous pourrons faire encore mieux. Quant à la densité, nous visons ce qui se fait de mieux sur le marché, soit 30 joules/cm3. Nous ne dépassons pas une dizaine de joules actuellement », expose Florian Le Goupil. Les chercheurs travaillent également à augmenter sa stabilité à haute température et à gagner en performance à température ambiante. Outre son intérêt pour les véhicules électriques, ce PHU pourrait aussi être utilisé dans l’agroalimentaire où des décharges de forte puissance sont nécessaires pour favoriser la germination des graines et la stérilisation, mais également en médecine pour les lasers chirurgicaux et les défibrillateurs.