Des matériaux ultraperformants pour les supercondensateurs : Jaan Leis, Mati Arulepp and Anti Perkson nommés finalistes du Prix de l’inventeur européen 2022

• Les scientifiques estoniens Jaan Leis, Mati Arulepp et Anti Perkson sont nommés pour le Prix de l'Office européen des brevets pour l'invention de matériaux ultra-performants à base de carbone pour les supercondensateurs
• Cette invention, qui utilise du graphène courbé, augmente les capacités de stockage énergétique des supercondensateurs et le débit d'énergie qu'ils peuvent délivrer
• Selon les inventeurs, les supercondensateurs à graphène courbé peuvent se charger en une quinzaine de secondes, supporter un million de cycles de charge et ne contiennent pas de matériaux toxiques

Munich, 17 mai 2022 - L'Office européen des brevets (OEB) annonce que les scientifiques estoniens Jaan Leis, Mati Arulepp et Anti Perkson ont été nommés finalistes du Prix de l'inventeur européen 2022 pour leur optimisation des électrodes à base de carbone des supercondensateurs.

Leur invention, qui joue sur les propriétés d'un matériau à base de carbone appelé le graphène courbé, améliore de manière significative la puissance et la densité énergétique des supercondensateurs, des équipements électriques qui stockent et délivrent rapidement de l'énergie. Ces équipements sont utilisés dans toutes les situations qui requièrent beaucoup de cycles de décharge et recharge, comme par exemple l'accélération et le freinage des véhicules électriques. Jaan Leis et Anti Perkson ont co-fondé Skeleton Technologies, producteur estonien de supercondensateurs, pour commercialiser leur invention.

« La technologie développée par cette équipe estonienne peut permettre de faciliter notre transition énergétique et de s'affranchir des énergies fossiles grâce à l'amélioration du rendement des énergies renouvelables » souligne le Président de l'OEB, António Campinos, lors de l'annonce des finalistes du Prix de l'inventeur européen 2022. « Leur succès s'est construit sur une vingtaine d'année de progrès, et montre comment des investissements continus peuvent faire avancer tout un secteur comme celui du stockage énergétique. »

Les trois inventeurs sont parmi les trois équipes finalistes dans la catégorie « Industrie » qui distingue les inventeurs de technologies qui ont rencontré un succès commercial majeur. Des inventions brevetées par des entreprises européennes de plus de 250 salariés avec un chiffre d'affaires annuel de plus de 50 millions d'euros. Les lauréats de l'édition 2022 du Prix de l'inventeur européen seront annoncés le 21 juin prochain lors d'une cérémonie virtuelle.

Développer la technologie

Les supercondensateurs et les batteries fournissent l'électricité aux machines mais de manière différente et complémentaire. Les batteries fournissent un courant continu et stable et sont particulièrement utiles pour les tâches longues et régulières. Les supercondensateurs, eux, sont performants pour délivrer un pic significatif, intense et bref d'énergie pour des fonctionnalités qui requièrent une puissance immédiate. Par exemple, ils sont particulièrement adaptés aux besoins des véhicules électriques.

En 2018, Skeleton Technologies débuta des tests sur des tramways alimentés par des supercondensateurs à Mannheim, Heidelberg et Ludwigshafen en Allemagne. En récupérant l'énergie dégagée au freinage et en la réutilisant lors de l'accélération, les supercondensateurs ont permis, selon l'entreprise, d'économiser jusqu'à 30 % de consommation électrique.

Jaan Leis, Mati Arulepp et Anti Perkson ont débuté leur travail d'amélioration des performances énergétiques des condensateurs à l'institut de recherche Tartu Technologies à la fin des années 1990. A cette date, les matériaux à base de carbone (habituellement tissés en étoffe) étaient utilisés pour les supercondensateurs mais le matériau était très poreux, ce qui limitait fortement la densité énergétique et donc les rendaient peu efficaces.

Les trois chercheurs ont donc souhaité fabriquer un matériau à base de carbone, sur mesure, permettant une meilleure densité énergétique. Ils débutèrent des expériences sur des carbures (composé combinant du carbone à un métal) et des poudres de carbone en utilisant plusieurs méthodes pour voir si la densité énergétique, l'homogénéité et la pureté de ces matériaux pouvaient être améliorées. Dès 2001, ils déposèrent un brevet à chaque progrès réalisé.

« Nous avons toujours eu dans l'idée que chacun de nos développements en laboratoire avait de la valeur » souligne Jaan Leis, « C'est tout à fait différent des articles scientifiques, où vous trouvez toujours quelque chose de nouveau, mais pas toujours une application dans la vie quotidienne. »

Le trio s'attacha également à inventer la manière de fabriquer le graphène (un simple feuillet d'atome de carbone) pour obtenir une porosité homogène, pour en faire un matériau plus efficace pour les électrodes et améliorer la circulation des ions de l'électrolyte. Ainsi ils ont pu optimiser le graphène courbé utilisé aujourd'hui dans les électrodes de leurs supercondensateurs. Le graphène courbé est conçu pour ressembler à une feuille de papier froissée, ce qui lui confère une plus grande surface sur l'électrode et donc une plus grande densité pour transmettre l'énergie.

Jaan Leis et Anti Perkson ont co-fondé Skeleton Technologies avec leurs partenaires en 2009 dans le but de commercialiser leur recherche et poursuivre l'amélioration de leur technologie de graphène courbé.

En avance sur son temps

Le graphène courbé optimisé par Jaan Leis, Mati Arulepp et Anti Perkson confère à leurs supercondensateurs une densité énergétique exceptionnelle ainsi qu'une meilleure conductivité électrique. Selon l'entreprise, leurs supercondensateurs peuvent se charger en 15 secondes et tolérer un million de cycles de charge.

Leur graphène courbé, qui est fabriqué entièrement en Europe, est très pur chimiquement et ne contient aucun des matériaux toxiques très présents dans la plupart des batteries et des condensateurs comme le lithium et le cobalt. Ainsi les supercondensateurs de l'entreprise sont à la fois plus fiables et ont un impact environnemental plus limité.

L'entreprise entrevoit d'autres usages pour son graphène courbé, en particulier sur le marché en pleine explosion du véhicule électrique. Elle utilise son expertise dans les supercondensateurs pour développer un système hybride condensateur-batterie qui allie les cellules standard au lithium à ses cellules de supercondensateurs.

Skeleton Technologies emploie près de 240 personnes et est basée en Allemagne à Großröhrsdorf (production), à Berlin (ventes) et en Estonie à Tallinn (R&D et production des prototypes). L'entreprise a actuellement un carnet de commande d'une valeur de 1,3 milliard d'euros et entend accroître ses capacités de production pour atteindre 12 millions d'unités produites par an sur une ligne de production entièrement automatisée.

  Source : Office européen des brevets