Des « nanofleurs » pour stocker davantage d’énergie

Des chercheurs de l’Université d’Etat de Caroline du Nord (UECN) ont conçu des structures en forme de fleur à l’aide d’un matériau semi conducteur – sulfure de germanium (GeS) – dont les pétales demeurent d’une extrême finesse.

La fleur GeS semble promise à un bel avenir dans le développement de la prochaine génération de cellules solaires ainsi que dans des dispositifs de stockage de l’énergie.

Les "nanoflowers GeS" sont constituées de pétales de seulement 20 à 30 nanomètres d’épaisseur, capables de fournir une grande quantité d’espace dans une superficie limitée.

"La création de cette nanoflower GeS est passionnante car elle nous octroie une très grande surface dans un espace infime", a expliqué le Dr Linyou Cao, professeur adjoint de sciences et génie des matériaux à l’UECN et co-auteur de l’article. "Cela pourrait par exemple augmenter de manière significative la capacité des batteries lithium-ion dotée d’une structure plus mince avec une plus grande superficie en mesure de contenir plus d’ions lithium. De la même façon, cette structure en fleur GeS pourrait conduire à une capacité accrue des supercondensateurs, qui sont également utilisés dans le stockage de l’énergie."

Pour créer ces structures en forme de fleur, les chercheurs ont tout d’abord chauffer la poudre GeS dans un four jusqu’à ce qu’elle commence à se vaporiser. La vapeur a ensuite été dirigée dans une région froide du four, où le GeS s’est déposé en une feuille stratifiée d’une épaisseur de seulement 20 à 30 nanomètres, et d’une longueur atteignant jusqu’à 100 micromètres. Comme des couches supplémentaires sont ajoutées, les feuilles se ramifient les unes aux autres, créant un motif floral semblable à une œillère. "Pour obtenir cette structure, il est très important de contrôler le débit de la vapeur GeS," a commenté le Pr. Cao, "afin qu’elle ait le temps de s’étaler en couches, plutôt que de s’agréger en amas."

Le GeS est similaire à d’autres matériaux comme le graphite, qui se dépose en couches ordonnées ou en feuilles. Toutefois, le GeS est très différent du graphite par sa structure atomique, car il est très efficace pour absorber l’énergie solaire et la convertir en énergie disponible. "Ces propriétés le rend attrayant pour une utilisation dans des applications telles que les cellules solaires, et plus particulièrement parce que le GeS est relativement peu coûteux et non toxique" a ajouté le Pr. Cao. A contrario, "la plupart des matériaux actuellement utilisés dans les cellules solaires sont à la fois coûteux et extrêmement toxiques".