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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.
on pourra se reporter aux articles Stockage d’électricité dans les systèmes électriques [33], Accumulateurs [34], Piles à combustible [35], Condensateurs [36] et Accumulateurs portables [37].
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6. État de l’art
Une revue américaine récente [6] fournit une analyse approfondie des marchés, technologies, constructeurs, perspectives, etc., dans le domaine des supercondensateurs pour la période 1999-2004. Nous adopterons ici une présentation très simplifiée et non exhaustive de supercondensateurs commercialisés et en développement, en indiquant quelques chiffres caractéristiques et, si possible, les adresses électroniques où le lecteur pourra trouver des informations plus détaillées.
6.1 Quelques produits commercialisés
Le tableau 3 donne une liste non exhaustive de supercondensateurs commerciaux. Il n’est pas possible de décrire toute la gamme de produits disponibles. Quelques valeurs caractéristiques sont données à titre indicatif pour un modèle donné.
Les adresses des sites Internet et des sociétés sont données en [Doc. D 3 334].
Les résistances série équivalentes R s sont mesurées à 1 kHz.
Les masses et volumes accompagnés d’un astérisque ont été évalués par l’auteur.
Les énergies et puissances spécifiques correspondantes ne sont donc que des ordres de grandeur.
Notons que la puissance est calculée selon :
et que les volumes évalués ne tiennent pas compte des connexions.
HAUT DE PAGE6.2 Produits en cours de commercialisation ou de développement
Le tableau 4 donne une liste de supercondensateurs en voie de commercialisation ou de développement. Quand elles ne sont pas données par le constructeur, l’énergie et la puissance ont été évaluées à partir des informations disponibles. Les chiffres entre parenthèses correspondent aux objectifs affichés par les constructeurs pour les années 2001-2003.
Comme pour le tableau 3, ce tableau ne prétend...
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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.
-
(2) - CONWAY (B.E.) - Electrochemical Superca-pacitors : Scientific Fundamentals and Technological Applications - . 698 p. 1999, Plenum Pub. Corp., New York.
-
(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.
-
(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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