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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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1. Définitions et généralités
1.1 Problèmes de terminologie
Le choix des électrolytes et des électrodes utilisables dans les supercondensateurs est très large et les recherches effectuées dans les 30 dernières années ont déjà révélé un grand nombre de possibilités. Ainsi sont apparus des termes spécifiques, sans pour autant que la nomenclature soit encore parfaitement stabilisée. Depuis l’introduction par la Société NEC Corporation du nom de supercapacitor, traduit ici par supercondensateur, on note dans la littérature anglo-saxonne l’usage fréquent de termes et de sigles du genre : ultracapacitor, double-layer capacitor (DLC), electric double-layer capacitor (EDLC), electrochemical double-layer capacitor (ECDL) ou encore electrochemical supercapacitor. Ces appellations tentent de distinguer des dispositifs faisant intervenir des processus de stockage principalement électrostatiques ou à la fois électrostatiques et faradiques.
En plus des termes génériques précédents, ont été créées des appellations commerciales particulières du type power capacitor, capattery, contraction de capacitor et de battery, ou aerocapacitor, utilisant des électrodes en aérogel de carbone.
Bien qu’aucune classification ne soit totalement satisfaisante, nous distinguerons trois types de dispositifs : les supercondensateurs électrostatiques, électrochimiques et hybrides, dont la définition sera précisée dans le paragraphe 2.
HAUT DE PAGE1.2 Grandeurs caractéristiques et leur mesure
En première approximation, les relations de base qui régissent le comportement des condensateurs usuels s’appliquent...
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Définitions et généralités
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.
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(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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