Une équipe de chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie a mis au point un nouveau matériau polymère qui pourrait transformer les condensateurs. Capables de fonctionner à des températures élevées tout en stockant quatre fois plus d’énergie, ces condensateurs pourraient révolutionner les systèmes électroniques modernes.
La demande croissante d’électronique à haute densité énergétique pose un défi majeur : le condensateur. Alors que les transistors continuent de rétrécir grâce aux avancées dans la fabrication de semi-conducteurs, les composants passifs comme les condensateurs n’ont pas suivi ce rythme. Dans une étude publiée le 18 février dans la revue Nature, une équipe dirigée par l’Université d’État de Pennsylvanie a présenté un condensateur fabriqué à partir d’un nouveau mélange de polymères capable de fonctionner à des températures allant jusqu’à 250 °C, tout en stockant environ quatre fois plus d’énergie que les condensateurs polymères conventionnels, qui fonctionnent généralement jusqu’à environ 100 °C. Cela signifie que les ingénieurs peuvent désormais se passer de systèmes de refroidissement encombrants dans les dispositifs électroniques à haute puissance. Les condensateurs sont essentiels dans de nombreuses applications, allant des véhicules électriques à l’infrastructure des réseaux électriques, en passant par l’électronique aérospatiale et les centres de données AI. En effet, ils peuvent représenter de 30 à 40 % du volume de certains systèmes électroniques de puissance. Qiming Zhang, chercheur en ingénierie électrique à Penn State et auteur de l’étude, souligne l’importance de réduire la taille des condensateurs. Les chercheurs ont combiné deux plastiques techniques disponibles dans le commerce : le polyétherimide (PEI), développé par General Electric et utilisé dans des équipements industriels, et le PBPDA, connu pour sa forte résistance à la chaleur et son isolation électrique. En les traitant ensemble dans des conditions contrôlées, les polymères s’auto-assemblent en structures à l’échelle nanométrique qui forment des films diélectriques minces à l’intérieur des condensateurs. Ces structures aident à réduire les fuites électriques tout en permettant au matériau de se polariser fortement dans un champ électrique, ce qui augmente la capacité de stockage d’énergie. Le matériau résultant présente une constante diélectrique exceptionnellement élevée de 13,5, alors que la plupart des diélectriques polymères ont des valeurs autour de quatre. Cette découverte pourrait permettre de fabriquer des condensateurs plus petits et plus efficaces. En effet, selon Zhang, il est possible de créer le même dispositif en utilisant environ un quart du matériel. Les implications de cette innovation sont vastes, notamment pour l’industrie des véhicules électriques et les infrastructures énergétiques, où la réduction de taille et l’augmentation de l’efficacité sont cruciales. La recherche a également abouti à un dépôt de brevet pour ces nouveaux condensateurs polymères, avec des projets de mise sur le marché.