Supercondensateur

Sommaire

Le supercondensateur (ou supercapacité) est un organe se substituant à la batterie pour le démarrage et les compléments d'énergie. Comment et pourquoi avoir recours à cet équipement ? On vous dit tout.

Supercondensateur : fonctionnement

Remarque : le supercondensateur n'a en commun avec le condensateur que son principe de fonctionnement. Pour le reste, les technologies adoptées sont différentes et les échelles de grandeur ne sont pas les mêmes.

Son rôle est d'accumuler une quantité importante d'énergie électrique pour la restituer au moment opportun (démarrage et start and stop, phases de boostage...).

Sur ce point, sa fonction est similaire à celle d'une batterie. D'ailleurs, sa forme rappelle celle de la batterie : plusieurs super-condensateurs sont couplés et enfermés dans un boîtier de dimension équivalente.

Le supercondensateur est constitué d'un empilage successif de plaques conductrices (armatures) séparées par un isolant ou « diélectrique ». Lorsque l'on branche chaque extrémité à une source électrique, les charges négatives (électrons) s'accumulent sur une armature et les charges positives (absence d'électrons) sur l'armature opposée, permettant le stockage de l'énergie.

Ce stockage de l'énergie (capacité du supercondensateur) se mesure en Farads et s'exprime par la formule C = q/V, dans laquelle :

  • C est la capacité du supercondensateur en Farads (F).
  • q est la quantité d'électricité en coulombs. Le coulomb est la quantité d'électricité qui passe dans un conducteur en 1 seconde pour une intensité de 1 ampère.
  • V est la tension en volts appliquée aux électrodes du supercondensateur.

L'analyse de cette formule implique que :

  • Plus la quantité (q) d'électricité stockée est importante, plus la capacité est importante.
  • Plus la tension appliquée aux bornes est faible, plus la capacité est importante.

C'est pourquoi les supercondensateurs affichent en général une tension de 2,87 volts et leurs armatures sont constituées de matériaux innovants à très grande surface active, comme les charbons actifs (1 000 à 2 000 m²/g). Leurs capacités varient de 100 Farads à 1 700 Farads (toujours en développement).

De nouveaux matériaux issus de la nanotechnologie, notamment le graphène, dont la surface active est de 2 600 m²/g, permettront encore des performances supérieures.

Précision sur la surface active :les charbons actifs et le graphène ont une texture spongieuse comparable à celle de l'éponge, ce qui leur permet d'offrir une grande surface de stockage.

Atouts du supercondensateur

Avantages

Le supercondensateur compte parmi ses avantages :

  • Le fait de disposer d'une puissance (en watts), immédiate.
  • Contrairement à la batterie, il supporte sans problème les cycles de charge-décharge.
  • Il est moins lourd qu'une batterie et, à la différence de celle-ci, il est insensible aux variations de température.

Parmi ses inconvénients, en revanche :

  • Sa capacité de stockage d'énergie nominale est pour le moment inférieure à celle de la batterie (en moyenne 5 wattsheure/kg pour 150 watts heure/kg).
  • Il peut présenter des risques électriques pour les intervenants (conducteur et passagers, maintenance, services de secours). En effet, sa particularité étant de restituer rapidement l'énergie accumulée sous forme de décharge, les intensités délivrées sont dangereuses en cas de contact (1 500 à 9 000 ampères en pointe).

Applications du supercondensateur dans l'automobile

Assistance au démarrage

Dans la majorité des cas, il ne remplace pas complètement la batterie, mais l'assiste au démarrage, le principal écueil restant encore ses modalités de restitution de l'énergie : beaucoup d'énergie délivrée rapidement, contrairement à la batterie, qui a les mêmes qualités, mais qui peut aussi accepter une décharge lente à faible intensité (évolutions en cours).

Indirectement, il permet malgré tout le démarrage :

  • Sur les motos de cross à injection ne possédant pas de démarreur électrique, donc pas de batterie, à l'action du kick, il permet l'alimentation électrique de la pompe à essence avant le démarrage du moteur.
  • Certains poids lourds en sont équipés, pour l'aide au démarrage, notamment par temps froid (module de démarrage Maxwell).

Récupération d'énergie

La Formule 1 est un laboratoire pour ces nouvelles technologies (système KERS d'appoint de puissance) :

  • Au freinage,un récepteur transforme cette énergie thermique en énergie électrique stockée dans des supercondensateurs, qui la restituent au moment voulu.
  • À l'échappement, de la même façon, ils restituent l'énergie thermique des gaz d'échappement transformée au préalable en énergie électrique et stockée.

Pour en savoir plus :

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