Des supercondensateurs au lieu de batteries : appareil, comparaison des fonctionnalités, avantages d'utilisation, avis

2024 Auteur: Erin Ralphs | [email protected]. Dernière modifié: 2024-02-19 16:01

L'idée d'une capacité spécifique élevée a été explorée dans les années 1960, mais aujourd'hui, il y a une nouvelle vague d'intérêt accru pour cette technologie, en raison de la combinaison unique des propriétés de performance du produit final. Aujourd'hui, sur la base de cette technologie, diverses modifications de supercondensateurs et d'ultracondensateurs sont produites, ce qui peut bien être considéré comme une batterie de puissance à part entière. Les concepts de supercondensateurs présentés ci-dessous montrent que leur future concurrence avec les packs de batteries conventionnels (batteries) n'est pas si fantastique.

Qu'est-ce qu'un supercondensateur ?

Essentiellement, il s'agit d'une batterie électrochimique optimisée, réalisée sous la forme d'un condensateur compact. Même avec une comparaison rapide de l'appareil avec unbatterie pour une voiture, vous pouvez mettre en évidence la différence évidente de taille, et dans la pratique, les avantages apparaîtront également sous la forme d'une durée de vie et d'une puissance plus longues. En d'autres termes, des supercondensateurs peuvent être utilisés à la place des batteries, mais avec quelques réserves dues aux limitations en termes d'accumulation de potentiel énergétique. De telles nuances ont encore lieu en raison de l'imperfection du développement technologique des ionistors, cependant, la situation évolue sous la pression du marché avec ses besoins croissants en batteries.

Design et conception de produits

La base de ce condensateur est formée de deux électrodes, entre lesquelles le milieu électrolytique est traditionnellement placé. Des différences avec la batterie peuvent être observées dans la structure des matériaux pour la fabrication d'électrodes dont les plaques sont recouvertes de charbon actif poreux. Comme pour l'électrolyte, des mélanges organiques et inorganiques peuvent être utilisés à ce titre. Structurellement, la solution technique d'isolation dans la structure des supercondensateurs se démarque également. Au lieu de plaques d'aluminium de batterie avec une couche diélectrique, des composants avec des propriétés optimales de conductivité ionique et électronique sont utilisés. Si nous poursuivons le concept de l'utilisation possible d'un supercondensateur comme batterie, alors le carbone poreux pourrait bien agir comme conducteur électronique, et une solution d'acide sulfurique pourrait agir comme conducteur ionique. De cette manière, une couche de séparation de charge optimale entre les électrodes peut être fournie sans l'inclusion supplémentaire d'isolants encombrants.

Variétés de supercondensateur

Déjà aujourd'hui, il existe plusieurs directions dans le développement des ionistors. Les types d'appareils suivants sont les plus remarquables et les plus prometteurs:

• Condensateurs à double couche. Le modèle standard, qui utilise les électrodes susmentionnées en matériau électriquement conducteur, et un séparateur spécial est utilisé comme électrolyte. L'accumulation de potentiel énergétique se produit à la suite d'une séparation de charge sur les électrodes.
• Pseudocondensateurs. Une batterie rechargeable fabriquée à partir de ce type de supercondensateur peut être une solution très efficace, car elle offre des moyens plus avancés de stocker l'énergie. Dans un premier temps, le principe du mécanisme de Faraday associé aux processus d'accumulation d'énergie dans les batteries conventionnelles est activé. Et deuxièmement, le schéma de base de l'interaction électrostatique entre les électrodes dans une double couche électrique est également préservé.
• Condensateurs hybrides. Un concept intermédiaire qui combine les caractéristiques positives individuelles des batteries et des condensateurs. De tels dispositifs utilisent généralement une combinaison d'électrodes constituées d'oxydes mixtes et de polymères dopés. Le développement ultérieur de cette direction est associé à l'utilisation de matériaux composites complétés par des supports de carbone et des polymères conducteurs.

Caractéristiques principales

Aujourd'hui, il est difficile de parler des indicateurs de performance bien établis des ionistors, carla technologie est constamment améliorée et ajustée pour l'amélioration des sources de courant électrochimiques. Mais si nous prenons les données moyennes sur les principales caractéristiques des supercondensateurs, des indicateurs spécifiques ressembleront à ceci:

• Temps de charge - 1 à 10 secondes
• Le nombre de cycles de charge est d'environ 1 million, ce qui correspond à 30 000 heures.
• Tension dans la cellule de bloc - plage de 2,3 à 2,75 V.
• Intensité énergétique - valeur standard 5 Wh/kg.
• Puissance - environ 10 000 W/kg.
• Durabilité - jusqu'à 15 ans.
• Température de fonctionnement -40°C à 65°C.

Comparaison avec les batteries conventionnelles

Les principaux paramètres distinctifs sont le taux d'accumulation d'énergie et le degré de retour de la charge électrique. En raison de l'utilisation d'une double couche de potentiel électrique à proximité du supercondensateur avec des dimensions similaires, la surface de la surface de travail des électrodes augmente. Autrement dit, nous pouvons parler de combiner les meilleures propriétés de la batterie et du condensateur en tant que tel. Si on compare la répartition des courants de la batterie et du supercondensateur à la charge, alors l'uniformité des volumes du courant consommé sera globalement identique, mais avec deux corrections. Lors du fonctionnement de la batterie, il est possible de déplacer le courant le plus important vers l'élément situé dans la partie inférieure du bloc, et dans le cas des ionistors, en principe, le potentiel sera moindre en raison de la faible tension. En outre, les différences significatives incluent la différence dans la ressource de travail - les supercondensateurs servent environ 25 à 30% plus longtemps dans le temps, sans parlertaux plus élevé de cycles de service réalisables.

Avantages du fonctionnement des supercondensateurs

Si nous considérons généralement les effets positifs de l'utilisation de supercondensateurs au lieu de batteries, alors les qualités suivantes seront mises en évidence:

• La densité d'énergie élevée des supercondensateurs leur permet d'être utilisés dans des appareils électroniques comme source d'alimentation à court terme.
• Sécurité environnementale. Bien sûr, les composants électrochimiques sont toujours conservés dans la conception, mais leurs effets toxiques diminuent constamment.
• Possibilité d'utiliser l'énergie provenant de sources renouvelables - vent, soleil, eau et terre.
• Élargissement des possibilités d'intégration structurelle des batteries - par exemple, pour la maintenance de centrales électriques complexes, de machines électriques hybrides, de véhicules à hydrogène, etc.

Il convient de noter certains des avantages d'un supercondensateur par rapport à un condensateur conventionnel. Ils sont peu nombreux, mais une grande capacité de stockage d'énergie est fondamentale. Selon cet indicateur, toutes les modifications d'ionistors ne peuvent pas rivaliser avec les batteries, cependant, en comparaison avec les condensateurs dans le paramètre de capacité électrique, elles gagnent en toute confiance.

Avis positifs sur les supercondensateurs

Les tests et l'application partielle des supercondensateurs ont lieu aujourd'hui dans une variété d'industries. Comme le montrent les avis sur le fonctionnement de ces appareils, ils confirment les déclarations des fabricants sur le hautfiabilité, sécurité environnementale et haute capacité. Ce qui est particulièrement important du point de vue de la comparaison des supercondensateurs et des batteries, les premiers ne sont pas si exigeants pour créer des conditions particulières lors de la manipulation physique. Cela est dû en partie à la même faible toxicité des composants, mais dans une plus large mesure, l'ergonomie de fonctionnement est due au haut degré de protection du boîtier. C'est-à-dire que l'utilisateur n'a pas besoin de fournir des dispositifs spéciaux pour la maintenance des supercondensateurs dans des conditions étanches. Le faible poids et les dimensions optimisées facilitent également les opérations d'entretien courant.

Avis négatifs sur les supercondensateurs

Il existe également des faiblesses dans ce type de condensateurs, qui se manifestent également clairement dans la pratique. Les utilisateurs pointent notamment leur faible densité d'énergie, leurs faibles performances et leur niveau de tension pas toujours suffisant, ce qui oblige à utiliser plusieurs éléments pour desservir un même consommateur cible. À bien des égards, ces lacunes empêchent aujourd'hui l'utilisation de supercondensateurs au lieu de batteries, même si, encore une fois, le développement technologique est plus susceptible de résoudre ces problèmes.

Perspectives de développement des condensateurs

Selon les experts et les développeurs de batteries, dans un avenir proche, les condensateurs de nouvelle génération seront utilisés partout. Cela deviendra possible grâce à l'augmentation active de la capacité spécifique des appareils. Ça en vaut la peineajouter et améliorer les caractéristiques techniques et structurelles des supercondensateurs, qui concernent principalement les dimensions et le poids. Parallèlement, des tests d'ionistors d'une puissance allant jusqu'à 2,5 mW sont déjà organisés aujourd'hui. À l'avenir, de tels systèmes pourront être utilisés pour l'entretien des réseaux de transport, des installations industrielles et des complexes résidentiels.

Conclusion

Le concept de supercondensateur est considéré comme la solution optimale dans les situations où il existe un besoin à court terme d'alimentation électrique avec charge active. C'est en partie en contradiction avec l'idée des batteries électrochimiques, qui se concentrent sur le maintien à long terme de l'alimentation avec certains paramètres. Mais est-il possible d'utiliser un supercondensateur à la place d'une batterie dans une voiture, compte tenu de cette caractéristique opérationnelle ? Avec un degré de probabilité élevé, les entreprises automobiles avancées utiliseront des condensateurs à haute capacité, mais uniquement dans des versions hybrides spéciales qui combinent les qualités positives des supercondensateurs en tant que tels et des composants électrochimiques traditionnels. Par exemple, de telles solutions sont aujourd'hui utilisées sous la forme d'une combinaison d'une structure électrochimique plomb-acide et d'un supercondensateur.