​La production d'énergie intermittente et l'usage croissant de dispositifs électriques mobiles nécessitent des systèmes de stockage d'énergie efficaces, avec une charge rapide, une longue durée de vie et une densité de puissance élevée. Les supercondensateurs, basés sur le stockage de charges à la surface d'électrodes, sont des candidats compétitifs pour les applications nécessitant une forte puissance et une grande capacité électrique. La partie active de ces composants est principalement basée sur des matériaux carbonés tels que le graphène, mais leur durée de vie est affectée par l'agglomération des feuillets de graphène au cours des cycles charge-décharge.

Une collaboration entre des chercheurs du NIMBE / LEEL​ (CEA-Iramis) et de PPSM (laboratoire ​ENS Paris-Saclay), a permis d'améliorer les performances des supercondensateurs en fonctionnalisant un oxyde de graphène réduit (c'est-à-dire en modifiant les propriétés chimiques de sa surface). Ils ont utilisé pour cela des molécules de tétrazine (R-C₂N₄-R'),  petits composés aromatiques électroactifs.

Des résultats prometteurs sur des cellules d'un Volt

Confirmée en couplant des mesures MEB, DRX et électrochimiques, il est montré que cette fonctionnalisation restreint l'agglomération des feuillets de graphène, ce qui augmente la capacité du supercondensateur et améliore de façon significative ses performances : une augmentation de 30 % de la capacité en cellules à deux électrodes a ainsi été confirmée, avec une durée de vie supérieure à 3 000 cycles, pour une tension de cellule de l'ordre de 1 V.

Les résultats de ce travail de recherche collaboratif montrent tout l'intérêt de la fonctionnalisation de la structure du graphène par la tétrazine, pour en augmenter la capacité via le développement d'une plus grande surface spécifique, tout en conservant une bonne cyclabilité, pour des tensions de l'ordre du volt. La recherche doit se poursuit pour améliorer les performances pour des tensions de fonctionnement plus élevées.