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Qu'est-ce qu'un super condensateur, supercap ou ultracondensateur

Qu'est-ce qu'un super condensateur, supercap ou ultracondensateur

Le super condensateur est une forme spécialisée de condensateur qui offre des niveaux de capacité extrêmement élevés - parfois jusqu'à de nombreux farads.

Les super condensateurs peuvent également être appelés supercondensateurs, ultracondensateurs et certains types sont appelés condensateurs à double couche en raison de leur structure.

Principes de base de la technologie des supercondensateurs

La technologie derrière les supercondensateurs est différente de celle d'un condensateur ordinaire. Il doit adopter une approche différente pour permettre d'atteindre les valeurs ultra-élevées de capacité.

Il existe plusieurs types de technologie de supercap ou d'ultracondensateur qui peuvent être utilisés, mais la plus largement adoptée est connue sous le nom de condensateur double couche, DLC.

Le supercondensateur DLC utilise une technologie à base de carbone qui utilise un électrolyte organique. Cette technologie est plus facile à fabriquer que les autres types et par conséquent, elle a été plus largement acceptée.

Comme les condensateurs traditionnels, les supercondensateurs ont deux plaques métalliques. Ces plaques sont recouvertes de charbon actif qui est un matériau poreux semblable à une éponge. Ces plaques sont immergées dans un électrolyte qui contient des ions positifs et négatifs. Une plaque ou électrode revêtue de carbone est positive et l'autre est négative. Pendant la charge, les ions de l'électrolyte s'accumulent à la surface de chaque plaque revêtue de carbone.

Au fur et à mesure de la charge, les électrodes de carbone ont deux couches de charge recouvrant leurs surfaces et cela donne lieu au nom de condensateurs à double couche. La distance entre les deux couches de charge au niveau de l'électrode est extrêmement petite et cela signifie que des niveaux de capacité très élevés sont réalisables. De plus, comme il y a des couches de charge à chaque électrode, en effet un supercondensateur est en fait deux condensateurs en série, un à chaque électrode

Il existe deux types de condensateurs double couche résultant de différents mécanismes de stockage de charge:

  • Condensateur électrique double couche: Un EDLC stocke de l'énergie dans la double couche à l'interface électrode / électrolyte. Dans ce type de condensateur, le matériau d'électrode utilisé pour la construction de la cellule du premier est principalement du carbone.
  • Condensateur électrochimique double couche ou super / pseudo-condensateur: le supercondensateur entretient une réaction faradique entre l'électrode et l'électrolyte dans une fenêtre potentielle appropriée. Dans ce type de supercondensateur, le matériau de l'électrode est constitué soit d'oxydes de métaux de transition, soit de mélanges de carbone et d'oxydes / polymères métalliques.

Pour les deux types de condensateur, les électrolytes peuvent être aqueux ou non aqueux selon le mode de construction de la cellule de condensateur.

C'est pour cette raison que les supercondensateurs et les condensateurs double couche peuvent être commercialisés séparément en utilisant des noms différents. Souvent, les condensateurs à double couche n'ont pas un niveau de capacité aussi élevé.

Applications de super condensateurs

La capacité très élevée des super condensateurs les rend idéaux pour une variété d'applications différentes - dont la plupart sont associées à des alimentations.

L'une des principales utilisations est dans les alimentations de blocage pour les mémoires où elles permettent aux mémoires qui peuvent dépendre de leurs alimentations de conserver les données même si l'alimentation est coupée.

Ils sont également utilisés dans les alimentations sans interruption, les onduleurs, où ils sont capables de fournir des niveaux de puissance élevés pendant un court intervalle - suffisant pour maintenir l'équipement en état de marche jusqu'au retour du courant ou à une alimentation de secours.

Les super condensateurs commencent également à être utilisés dans les véhicules pour fournir une capacité d'amélioration de la charge de pointe pour la source d'alimentation. Ils sont également utilisés dans les systèmes de freinage par récupération où ils stockent l'énergie récupérée lors du freinage pour une utilisation ultérieure.

Comparaison des supercondensateurs et des batteries

Le supercondensateur et certaines technologies de batterie sont en concurrence pour certaines applications. Il vaut la peine de jeter un oeil à la comparaison entre un supercondensateur typique et une technologie de batterie au lithium-ion haute capacité utilisée aujourd'hui. La technologie au lithium-ion a été prise pour la comparaison car il s'agit de la technologie de batterie de densité la plus élevée largement utilisée aujourd'hui.

Les comparaisons effectuées ne sont que pour une évaluation approximative et toute décision doit être basée sur le chiffre exact obtenu des fabricants pour les dispositifs considérés, car la technologie dans les deux domaines progresse rapidement.

Comparaison entre le super condensateur et la batterie au lithium-ion
ParamètreSupercondensateurLithium-ion
Tension de cellule2,3 à 2,7 V3,6 V
Temps de charge1 à 10 secondes10 à 60 minutes
Durée de vie (cycles de charge / décharge)~ 1 million500 - 3000
Énergie spécifique (Wh / kg)~5100 - 200
Puissance spécifique (W / kg)jusqu'à 10 0001000 - 3000
Maintien de la tension de sortiePauvresBien
sécuritéRelativement sûr en cas d'abusMoins sûr et connu pour exploser à de rares occasions
Coût par Wh~ 20 unités~ 1 unité
Durée de vie~ 10 ans~ 5 ans
Plage de température de fonctionnement~ -40 à + 65 ° C~ 0 à + 40 ° C

Limitations des supercaps

Le supercondensateur ou ultracondensateur est largement utilisé pour de nombreuses applications et les composants sont disponibles auprès de nombreux fournisseurs et distributeurs. Cependant, il y a quelques points à noter lorsque l'on envisage d'en incorporer un dans un nouveau design:

  • Tension maximale: Il existe une tension maximale pour les ultracondensateurs. D'autres types de condensateurs peuvent être fabriqués pour fonctionner à des tensions élevées, mais les supercondensateurs sont généralement limités à des tensions de fonctionnement de l'ordre de 2,5 à 2,7V. Il est possible de les fabriquer pour un fonctionnement au-dessus de 2,8V mais on constate que la durée de vie est réduite.
  • Fonctionnement en série: Afin d'obtenir des tensions de fonctionnement plus élevées pour les supercondensateurs, ils peuvent être placés en série. Cela réduit la capacité totale comme c'est le cas avec tous les condensateurs placés en série. De plus, si plus de trois condensateurs doivent être placés en série, il est nécessaire de mettre en œuvre des techniques d'équilibrage de tension. Comme les courants de fuite à travers les condensateurs sont susceptibles d'être différents, la tension divisée entre les condensateurs ne sera pas égale et un ou plusieurs peuvent entrer en position de surtension.
  • Auto-décharge: L'autodécharge des supercondensateurs peut être un problème dans certaines circonstances. Cela résulte de l'électrolyte utilisé et cela signifie que l'énergie stockée peut diminuer de 50% ou plus en un mois environ. Par comparaison, une batterie à base de nickel (NiCd ou NiMH) s'auto-décharge d'environ 10% ou plus par mois et une batterie Li-ion d'environ 5% par mois.

Généralement, les limitations des supercaps ne sont pas un problème majeur. Ils peuvent normalement être surmontés dans les domaines où ils posent problème, et dans certains cas, ils peuvent ne poser aucun problème.

Résumé du condensateur super condensateur

Le tableau ci-dessous présente certaines des principales caractéristiques de certains des condensateurs à film métallique les plus largement utilisés qui peuvent être pris en compte lors de la conception de circuits ou du remplacement d'anciens composants.

Super condensateur, résumé du supercap
ParamètreDétails
Plage de valeurs~ 0,1 Farad vers le haut
Tension de travailGénéralement 2,5 à 2,8 V


Voir la vidéo: Stockage dénergie et supercondensateurs (Novembre 2021).