Le super condensateur !
Ce titre est vachement mieux prononcé avec une grosse voix rauque et dramatique…
Certains ne le savent pas : je suis actuellement en mission chez Saunier Duval. Je travaille à la validation de systèmes de contrôle de chaudières. Mais si ! Les boîtiers accrochés au mur où vous pouvez régler la température de votre eau et les programmes de votre chauffage ! En travaillant sur un tel boitier, j’en suis arrivé à me demander ce qu’il se passe quand on débranche l’alimentation électrique. A ce qu’il parait, il y a alors un super héros de l’électronique qui prend les choses en main: le supercondensateur !
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Ce héros se cache aussi sous les noms anglais de supercapacitor, supercondenser, electrochemical double layer capacitor, ultracapacitor, mais le nom le plus utilisé est electric double-layer capacitor (EDLC). Les EDLC sont des condensateurs électrochimiques avec une structure particulière et possèdent une capacité plusieurs milliers de fois supérieure à celle des condensateurs classiques.
Structure des supercondensateurs
Un supercondensateur est constitué de deux électrodes poreuses, en charbon ou en carbone. Elles sont imprégnées d’électrolyte, un liquide contenant des ions en solution qui se fixent sur à la surface des électrodes sous l’effet d’une différence de potentiel électrique pour stocker de l’énergie. Plus les ions se fixent en grand nombre, plus la capacité du condensateur augmente. Le stockage de l’énergie est surfacique dans un EDLC alors qu’elle est volumique dans un condensateur classique. C’est la raison pour laquelle on utilise des électrodes poreuses : la surface d’un gramme de carbone avoisine celle d’un terrain de football ! « Les spécialistes s’accordent à dire que pour être efficaces, les pores d’une électrode doivent mesurer quelques nanomètres. Tout simplement pour qu’un ion entouré de sa couche de solvatation (des molécules du solvant), dont la taille est d’environ 1 nanomètre, puisse y pénétrer. Habituellement, les pores d’une électrode en carbone mesurent entre 2 et 20 nanomètres ».
Caractéristiques
Les supercondensateurs ont une grande densité de puissance comparés à celle à des batteries classiques. Ils peuvent donc emmagasiner très rapidement de l’énergie et la restituer tout aussi rapidement ! De plus, leur résistance interne est faible et on peut donc les charger sous un courant fort sans que la température augmente. La charge est rapide avec un rendement de l’ordre de 95%. De plus, il n’y a pas de risque de surcharge et il n’est donc pas nécessaire de contrôler la fin de charge, rendant le cycle de charge très simple. Enfin, leur durée de vie est excellente et ils supportent un nombre incroyable de cycles de charge / décharge.
En revanche, les supercondensateurs ont une densité d’énergie faible comparés à celle à des batteries classiques. Leur stock d’énergie est donc très limité et ils se retrouvent vite à plat… Un autre inconvénient est qu’ils ne sont pas capables de restituer une tension importante. Classiquement, la tension en mode générateur sera de l’ordre de 2 à 3V. Il faudra donc utiliser plusieurs gros supercondensateurs pour obtenir une tension relativement élevée pendant un temps pas trop bref.
Les supercondensateurs offrent un compromis car il sont donc à mi chemin entre les batteries et condensateurs classiques. Les premiers stockent beaucoup d’énergie mais les charges et les décharges sont lentes ; les secondes se chargent et se déchargent en un clin d’œil mais sont vides aussi vite…
Voltage, capacité, prix ?
Les capacités atteintes par les EDLC atteignent plusieurs milliers de Farad mais les voltages ne dépassent pas les 2.7V…. Rien à voir avec les condensateurs classiques qui ne dépassent pas les quelques millifarads mais supportent plusieurs centaines de volts.
Pour le prix, ben, ça dépend des caractéristiques, hein ! Exemples :
Applications possibles
On peut utiliser un super condensateur en ajoutant un peu d’électronique pour créer une pile 9V mais les applications des EDLC dépassent largement le cadre du bricolage.
Le LAAS (laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes) et l’Université de Drexel à Philadelphie ont travaillé en partenariat avec Airbus sur l’alimentation de capteurs autonomes dans les avions. Il est possible de capter l’énergie ambiante disponible sur un avion, telle que les vibrations mécaniques ou les variations de températures entre le sol et l’altitude atteinte en vol. Problèmes : ces énergies ne sont disponibles que de façon intermittente. Il faut de plus que la durée de vie des systèmes de capteurs soit identique à celle un avion. Les supercondensateurs répondent à ces critères puisqu’ils se chargent rapidement, captant l’énergie quand elle est disponible, et ont une durée de vie exceptionnelle !
S’ils se chargent très rapidement, ils se déchargent également très rapidement. Grâce à un temps de décharge extrêmement court, ils peuvent donc apporter presque instantanément de l’énergie supplémentaire pour faire face à un pic de consommation que l’alimentation principale ne serait pas capable de supporter.
Les EDLC sont utilisés bien au-delà de l’électronique :
Pierre Gradot 
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