Des chercheurs ont mis au point un modèle d’électrode à membrane révolutionnaire comportant un réseau ordonné de nanotubes de carbone géants creux (gCNT) à l’intérieur d’une membrane nanoporeuse. Cette nouvelle électrode a été construite en développant une technique de revêtement uniforme du carbone sur de l’oxyde d’aluminium anodique (AAO), ce qui a permis d’obtenir des gCNT alignés verticalement avec des nanopores de différentes dimensions. Ce modèle est conçu pour minimiser la résistance de contact et améliorer la compréhension des comportements électrochimiques.
Des scientifiques ont créé un modèle innovant d’électrode à membrane avec des nanotubes de carbone géants creux et une large gamme de dimensions de nanopores. L’invention aide à comprendre les comportements électrochimiques et pourrait faire progresser de manière significative notre connaissance des matériaux de carbone poreux dans les systèmes électrochimiques.
Des chercheurs de l’université de Tohoku et de l’université de Tsinghua ont présenté un modèle d’électrode à membrane de nouvelle génération qui promet de révolutionner la recherche électrochimique fondamentale. Cette électrode innovante, fabriquée selon un processus méticuleux, présente un réseau ordonné de nanotubes de carbone géants creux (gCNT) à l’intérieur d’une membrane nanoporeuse, ce qui ouvre de nouvelles possibilités pour le stockage de l’énergie et les études électrochimiques.
La principale avancée réside dans la construction de cette nouvelle électrode. Les chercheurs ont mis au point une technique de revêtement uniforme de carbone sur de l’oxyde d’aluminium anodique (AAO) formé sur un substrat d’aluminium, en éliminant la couche barrière. La couche de carbone revêtue de manière conforme qui en résulte présente des gCNT alignés verticalement avec des nanopores de 10 à 200 nm de diamètre et de 2 μm à 90 μm de longueur, couvrant les petites molécules d’électrolyte jusqu’aux grandes matières liées à la biologie, telles que les enzymes et les exosomes. Contrairement aux électrodes composites traditionnelles, cette électrode modèle autoportante élimine le contact interparticulaire, garantissant une résistance de contact minimale – un élément essentiel pour interpréter les comportements électrochimiques correspondants.
Modèle d’électrode à membrane montrant un large éventail de possibilités de contrôle des dimensions des pores. Crédit : Hongyu Liu
« Le potentiel de cette électrode modèle est immense », a déclaré le Dr Zheng-Ze Pan, l’un des auteurs correspondants de l’étude. « En utilisant l’électrode à membrane modèle avec sa gamme étendue de dimensions de nanopores, nous pouvons obtenir des informations approfondies sur les processus électrochimiques complexes transpirant dans les électrodes de carbone poreux, ainsi que leurs corrélations inhérentes aux dimensions des nanopores ».
En outre, les gCNT sont composés de feuilles de graphène empilées faiblement cristallines, offrant un accès inégalé à la conductivité électrique à l’intérieur des parois de carbone faiblement cristallines. Grâce à des mesures expérimentales et à l’utilisation d’un système interne de désorption programmée en fonction de la température, les chercheurs ont construit un modèle structurel à l’échelle atomique des parois de carbone faiblement cristallin, ce qui a permis de réaliser des simulations théoriques détaillées. Alex Aziz, qui a réalisé la partie simulation de cette recherche, souligne que « nos simulations avancées fournissent une perspective unique pour estimer les transitions électroniques au sein des carbones amorphes, mettant en lumière les mécanismes complexes qui régissent leur comportement électrique ».
Ce projet a été dirigé par le professeur Hirotomo Nishihara, chercheur principal du Device/System Group de l’Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR). Les résultats sont détaillés dans l’une des revues les plus prestigieuses de la science des matériaux, Advanced Functional Materials.
En fin de compte, l’étude représente une avancée significative dans notre compréhension des matériaux de carbone poreux à base amorphe et de leurs applications pour sonder divers systèmes électrochimiques.
Référence : « Nanoporous Membrane Electrodes with an Ordered Array of Hollow Giant Carbon Nanotubes » par Hongyu Liu, Zheng-Ze Pan, Alex Aziz, Rui Tang, Wei Lv et Hirotomo Nishihara, 31 mai 2023, Advanced Functional Materials.
DOI : 10.1002/adfm.202303730