Supercondensateur

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Image:Maxwell supercapacitor MC2600 series 2600F.jpg

Un supercondensateur est un condensateur de technologie particulière permettant d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie intermédiaire entre les batteries et les condensateurs électrolytiques classiques.

Ces composants permettent donc de stocker une quantité d'énergie intermédiaire entre ces deux modes de stokage, et de la restituer plus rapidement qu'une batterie.

[modifier] Principe de fonctionnement

La majorité des supercondensateurs commercialisés sont réalisés selon le procédé double couche électrochimique d'où le sigle anglosaxon EDLC (electrochemical double layer capacitator).

Le supercondensateur est constitué de deux électrodes poreuses, généralement en charbon actif et imprégnées d'électrolyte, qui sont séparées par une membrane isolante et poreuse (pour assurer la conduction ionique). La couche double électrique se développe sur chaque interface électrode-électrolyte, de sorte que l'on peut voir schématiquement un supercondensateur comme l'association série de deux condensateurs, l'un à l'électrode positive et l'autre à l'électrode négative. La mobilité des anions, beaucoup moins hydratés, est plus grande que celles des cations. Ils se déplacent plus facilement dans la structure du charbon actif et forment une couche d'épaisseur plus faible, de sorte que l'on observe une valeur de capacité d'anode supérieure à celle de cathode. En raison des lois d'association des condensateurs, la capacité de l'ensemble en série est toujours inférieure à la plus faible de ces deux capacités.

Image:Condensateur électrolytique double couche.png

On sait que la capacité d'un condensateur est essentiellement déterminée par la géométrie des armatures (surface spécifique S et distance e) et de la nature du ou des isolants (le diélectrique). La formule suivante est souvent utilisée pour en estimer la valeur :

<math>C = \varepsilon {S \over e}</math>

Ici, les molécules de solvant organique jouent le rôle de diélectrique (de permittivité ε). Cela correspond à une faible épaisseur e d'isolant (inférieure au nanomètre) ce qui entraîne que la capacité par unité de surface de ces composants est élevée : de 0,1 F.m^{-2^{à 0,3 F.m^-2}}

D'autre part, grâce à l'usage d'un dépôt de charbon actif sur un film en aluminium qui présente des surfaces spécifiques S typiques de 2 000 à 3 000 m^{2^{par gramme, la surface de contact entre électrode et électrolyte est immense, ce qui permet d'obtenir des valeurs de capacité considérables.}}

La tenue en tension est limitée par la décomposition du solvant organique. Elle est actuellement de l'ordre de 2,5 V.

[modifier] Caractéristiques

La tension maximale par élément est actuellement d'environ 2,5 V
Ce type de condensateur n'est pas polarisé.
La résistance interne est très faible ce qui autorise une charge ou une décharge avec de forts courants
En conséquence, le temps de charge peut être de l'ordre de quelques secondes.

Comparaison des performances
(ordres de grandeur)
	Pile à combustible	Batterie	Supercondensateur	Condensateur électrolytique
Densité de puissance (W/kg)	120	150	1 000	100 000
Densité d'énergie (Wh/kg)	150 - 1500	50 -1500	4-6	0,1

[modifier] Commercialisation

Les supercondensateurs sont commercialisés sous différents noms et sous différentes appellations commerciales :

Ultracapacitor ; Ultracaps : société Epcos (ex Siemens-Matsushita)
Ultracapacitor ; Goldcaps : société Panasonic
Ultracapacitor ; Boostcap : société Maxwell Technologies

[modifier] Applications

Les applications incluent la voiture électrique (comme tampon d'énergie entre le variateur de vitesse et les batteries), mais aussi tous les cas de stockage d'énergie électrique avec des conditions climatiques extrêmes (par exemple : démarreur de locomotives, contrôle d'orientation des pales des éoliennes).