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Jean-Claude LASSÈGUES : Directeur de Recherche au CNRS Laboratoire de Physico-Chimie Moléculaire UMR 5 803 Université Bordeaux I
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage de l’électricité constitués de deux électrodes, généralement identiques, séparées par un électrolyte. Comme les accumulateurs, ce sont des systèmes rechargeables, aussi appelés générateurs secondaires, à la différence des piles ou générateurs primaires, qui ne sont pas rechargeables, et des piles à combustible qui transforment directement de l’énergie chimique en énergie électrique.
Le principe général de fonctionnement des supercondensateurs repose sur la formation d’une double couche électrochimique à l’interface d’un électrolyte et d’une électrode polarisable de grande surface spécifique. L’application d’une différence de potentiel aux bornes du dispositif complet entraîne le stockage électrostatique de charges aux deux interfaces électrode-électrolyte qui se comportent comme deux condensateurs en série. Le système restitue la charge accumulée avec une excellente efficacité et pendant un très grand nombre de cycles. La réponse électrique des supercondensateurs s’apparente à celle des condensateurs : ils sont capables de délivrer des densités de courant importantes pendant des temps assez courts (forte puissance) ; pour un volume équivalent, ils stockent de 20 à 50 fois moins d’énergie électrique que les accumulateurs, mais environ 100 fois plus que les condensateurs diélectriques usuels, d’où leur appellation de « supercondensateurs » et leur vocation de générateur secondaire.
Des supercondensateurs de petite taille, délivrant des courants du microampère au milliampère sous quelques volts, ont été commercialisés dès la fin des années 1970. Leur application majeure, toujours d’actualité, est la sauvegarde de mémoires et d’autres fonctions qu’il est utile de préserver pendant une interruption de l’alimentation électrique principale. Comme leur coût et leur maintenance sont en général moindres que ceux des accumulateurs et leur durée de vie largement supérieure, ils ont été introduits dans nombre d’équipements portables et d’alimentations secourues. Le domaine connaît cependant un second souffle, depuis le début des années 1990, avec l’apparition de supercondensateurs de plus grande taille visant des applications où les besoins en énergie et surtout en puissance sont plus importants. Leur développement est motivé par des utilisations spécifiques dans lesquelles le compromis énergie-puissance est mieux satisfait que par les seuls accumulateurs ou condensateurs. En fait, ces supercondensateurs se présentent souvent comme des auxiliaires des condensateurs, accumulateurs ou même piles à combustible dans des montages hybrides où chaque dispositif est amené à jouer un rôle complémentaire. Tel est le cas du véhicule électrique où la traction serait assurée par des accumulateurs, tandis que le démarrage, l’accélération et d’autres opérations ponctuelles bénéficieraient de l’apport de puissance des supercondensateurs qui pourraient être rechargés lors du freinage. De façon générale, l’association d’un supercondensateur avec un accumulateur doit permettre au premier d’avoir un rôle de filtrage des demandes de puissance, augmentant ainsi les potentialités du second en matière d’énergie.
À plus long terme, les supercondensateurs semblent pouvoir atteindre des performances qui permettraient de mettre à profit leur durée de vie et leur fiabilité pour constituer des moyens autonomes de stockage et de fourniture d’énergie électrique dans des installations isolées utilisant les énergies solaire et/ou éolienne.
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5. Applications des supercondensateurs
Historiquement, les supercondensateurs ont, comme on l’a vu dans l’introduction, d’abord été utilisés dans des dispositifs électroniques nécessitant des tensions et des courants de sauvegarde faibles :
Ces applications de faible puissance restent majoritaires à ce jour, mais des domaines en forte expansion tels que le véhicule électrique ou les télécommunications sont demandeurs de puissances spécifiques élevées. Des installations hybrides couplant des supercondensateurs avec d’autres moyens de stockage ou de production d’énergie électrique sont en cours de développement. À plus long terme, les supercondensateurs semblent pouvoir atteindre des performances qui leur permettraient de devenir des moyens autonomes de stockage et de fourniture d’énergie électrique dans des installations utilisant l’énergie solaire et/ou éolienne.
5.1 Applications actuelles
5.1.1 Énergie électrique de sauvegarde sous faible tension
Parmi les premières applications des supercondensateurs figurait la sauvegarde de mémoires lors de coupures de courant, d’une défaillance du système d’alimentation principal ou, tout simplement, lors du remplacement d’une pile ou d’un accumulateur. En 1999, près de 80 % des supercondensateurs commercialisés répondent encore à cet objectif général [6], [27]. Beaucoup de dispositifs d’utilisation courante tels que les systèmes d’enregistrement audio et vidéo, les ordinateurs, etc., sont désormais équipés de supercondensateurs capables de délivrer des courants de l’ordre de quelques centaines de microampères à quelques milliampères pendant des temps qui peuvent aller de quelques minutes à quelques jours et donc d’entretenir les horloges internes, les mémoires vives, etc. Les applications à l’électronique portable sont détaillées dans une revue récente [4].
L’intégration du supercondensateur dans un système d’alimentation électrique classique permet son maintien en état de charge. Sa rapidité de recharge et sa durée...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Proceedings of the nth International Seminar on Double-Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices - , chaque année depuis 1991, Florida Educational Seminars, Deerfield Beach.
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(2) - CONWAY (B.E.) - Electrochemical Superca-pacitors : Scientific Fundamentals and Technological Applications - . 698 p. 1999, Plenum Pub. Corp., New York.
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(3) - KOTZ (R.), CARLEN (M.) - Principles and applications of electrochemical capacitors - . Electrochim. Acta, 45, 2000, 2483-2498.
-
(4) - ANDRIEU (X.) - Ultracapacitors for portable electronics, dans Energy Storage Systems for Electronics - , 1, 2000, pp. 521-547, Éditeurs T. Osaka et M. Datta, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam.
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(5) - Journées d’Études sur les Supercondensateurs - , JESC’98, CNAM & S.F.C., Paris, 5-6 février 1998.
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(6) - Supercapacitors,...
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