2.4. Technologie et recherche actuelles
2.4.1. Etat actuel de la technologie
Les premiers supercondensateurs avaient une résistance
sériée élevée, ce qui induisait un
rendement moyen et une puissance spécifique
limitée. Au cours des dernières années, nous avons
assisté à un très grand effort de la part des fabricants
afin de diminuer la résistance interne et d'augmenter la capacité
de stockage ainsi que la tension nominale de fonctionnement. Le tableau 2-2
donne l'illustration de l'évolution des performances des
supercondensateurs [23].
Tension
nominale
(V)
|
Capacité
(F)
|
Volume
(L)
|
Résistance
série
(m?)
|
Puissance spécifique
|
Énergie spécifique
|
Courant
(A)
|
2,3
|
100
|
0,031
|
8
|
4,5kW/kg ; 5,4kW/l
|
2,0Wh/kg ; 2,4 Wh/l
|
30
|
|
0,183
|
2
|
2,3kW/kg ; 3,6kW/l
|
1,5Wh/kg ; 2,4 Wh/
|
300
|
|
0,26
|
0,4
|
10,7kW/kg ; 12,8kW/l
|
4,5Wh/kg ; 5,1Wh/l
|
-
|
|
0,59
|
0,5
|
3,6 kW/kg ; 4,5 kW/l
|
2,3 Wh/kg ; 2,9Wh/l
|
400
|
|
0,6
|
0,6
|
3,0 kW/kg ; 3,7kW/l
|
2,7Wh/kg ; 3,3 Wh/l
|
400
|
|
0, 59
|
0,59
|
1,7 kW/kg ; 1,9kW/l
|
4,1Wh/kg ; 4,5 Wh/l
|
200
|
2,5
|
200
|
0,047
|
1,8
|
16kW/kg ; 18 kW/l
|
3,2Wh/kg ; 3,7Wh/l
|
50
|
|
0,14
|
0,6
|
16,3kW/kg ; 18,8 kW/l
|
3,3Wh/kg ; 3,8Wh/l
|
300
|
|
0,23
|
0,4
|
13kW/kg ; 17,3 kW/l
|
3,5Wh/kg ; 4,6Wh/l
|
300
|
|
0,52
|
0,23
|
11,3kW/kg ; 13kW/l
|
3,9Wh/kg ; 4,5Wh/l
|
500
|
|
0,64
|
0,2
|
11,2kW/kg ; 12,3kW/l
|
4,5Wh/kg ; 4,9Wh/l
|
500
|
|
0,80
|
0,25
|
7,4kW/kg ; 7,8kW/l
|
5,1 Wh/kg ; 5,4 Wh/l
|
500
|
2,7
|
2600
|
0,36
|
0,28
|
4,1 5 kW/kg
|
5,6 Wh/kg
|
500
|
|
Tab. 2-2 : Évolution des caractéristiques
des supercondensateurs de MAXWELL [23]
Les premières gammes de tension des supercondensateurs
utilisés dans le commerce étaient de l'ordre de 2,3 V, leur
capacité maximale de 3600 F et le courant maximal de 400 A. La seconde
gamme avait une tension nominale de 2,5 V ce qui engendrait une augmentation
importante de l'énergie stockée et de la puissance
spécifique (la résistance série était plus
faible).
Ces supercondensateurs ont plusieurs atouts pour les
applications de traction électrique [24]. Leur utilisation comme
système de puissance secondaire permet de fournir une source de
puissance rapidement disponible lors des phases d'accélération et
de freinage. En effet, leur constante de temps étant plus faible que
celle des générateurs électrochimiques classiques
(charge ou décharge possible en quelques secondes) les
supercondensateurs sont capables de fournir une puissance importante sur un
temps très court [1]. De plus, l'utilisation d'un supercondensateur
associé à une batterie permet d'augmenter la durée de vie
de cette dernière en évitant les décharges profondes lors
des appels de puissance. Enfin ce genre de dispositif possède une bonne
cyclabilité (plus de 5.105 cycles).
Comme nous pouvons le voir sur le tableau 2-3, les
supercondensateurs se positionnent entre les batteries et les condensateurs
classiques [25]. Ils sont caractérisés par leur
énergie spécifique bien plus élevée que celle des
condensateurs classiques. Par contre , l'énergie stockée est 10
fois plus faible que l'énergie stockée dans une batterie. Le
problème des batteries classique réside dans leur faible
puissance spécifique qui représente un dizaine de pourcents de la
puissance classique d'un supercondensateur.
|
Condensateur classique
|
Supercondensateurs
|
Batteries
|
Énergie spécifique
(Wh.kg-1)
|
<0.1
|
1 à 10
|
10 à 150
|
Puissance spécifique
(W.kg-1)
|
<100000
|
<10000
|
<1000
|
Durée de vie (cycles)
|
>500000
|
>500000
|
1000
|
Durée de la charge
nominale
|
10-6 à 10-3
|
1 à 30 secondes
|
1 à 5 heures
|
Durée de la
décharge
nominale
|
10-6 à 10-3
|
1 à 30 secondes
|
0,3 à 3 heures
|
Rendement
décharge/charge (%)
|
>95%
|
85% à 98%
|
70% à 85%
|
|
Tab. 2-3 : Comparaison des différents
systèmes de stockage [1]
Le tableau 2-4 donne une liste non exhaustive de
supercondensateurs ou de modules commerciaux. Quelques valeurs
caractéristiques sont données à titre indicatif pour un
modèle donné [26].
|
|
|
|
Exemple de valeurs caractéristiques
|
Société Pays
|
Nom
commercial
|
Electrolyte
/Electrodes
|
Gammes
Tensions
Capacités
|
Tension
Capacité
Résistance
série
|
Masse
Volume
|
Energie
spécifique
|
Puissance
spécifique
|
BATSCAP
France
|
SC
|
Organique
|
-
|
2,7 V
0,35 m?
|
500 g
|
5,3 Wh /kg
|
20 kW/kg
|
ELNA
Japon
|
Dynacap
|
Organique
|
2,5 à 6,3 V
|
2,5 V
|
-
|
>0,97 Wh/l
|
0,4kW/l
|
EPCOS
Allemagne/Japon
|
UltraCap
|
Organique
|
2,3 à 56 V
|
2,3 V
|
725 g
|
2,74 Wh/kg
|
3,04 kW/kg
|
|
/carbone
|
7 à 2 700 F
|
2 700 F
0,6 mW
|
590 cm3
|
3,36 Wh/l
|
3,74 kW/l
|
Evans Corp Etats-Unis
Evans Corp États-Unis
|
Capattery
|
H2 SO4 /H2 O
|
5,5 et 11 V
|
5,5 V
|
-
|
-
|
-
|
|
/carbone
|
0,47 à 1,5 F
|
1 F
|
14,2 cm3 *
|
0,3 Wh/l
|
1 kW/l
|
|
|
|
0,5 W
|
|
|
|
|
H2 SO4 /H2 O ou
KOH/H2 O
|
7 à 20 V
|
14 V
|
5 000 g
|
0,35 Wh/kg
|
2,5 kW/kg
|
|
/carbone
|
8 à 420 F
|
65 F
|
2 709 cm3
|
0,66 Wh/l
|
4,6 kW/l
|
|
|
|
9 W
|
|
|
|
|
H2 SO4 /H2 O
|
3 à 125 V
|
54 V
|
57 g
|
0,128 Wh/kg
|
426 kW/kg
|
|
/Ta, Ta2 O5
|
10- 3 à 200 mF
|
18 mF
|
19,4 cm3
|
0,376 Wh/l
|
1 253 kW/l
|
|
/RuO2
|
|
30 mW
|
|
|
|
Maxwell
États-Unis
|
PowerCache
|
Organique
|
2,3 et 4,6 V
|
2,7 V
|
725 g
|
2,53 Wh/kg
|
3,04 kW/kg
|
|
/carbone
|
4 à 2 500 F
|
2 500 F
|
614 cm3
|
2,99 Wh/l
|
3,59 kW/l
|
|
|
|
0,6 mW
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Société Pays
|
Nom
commercial
|
Electrolyte
/Electrodes
|
Gammes
Tensions
Capacités
|
Tension
Capacité
Résistance
série
|
Masse
Volume
|
Energie
spécifique
|
Puissance
spécifique
|
Tokin/NEC
États-Unis/Japon
|
Super-capacitor
|
H2 SO4 /H2 O
|
5,5 et 11 V
|
5,5 V
|
65 g
|
0,065 Wh/kg
|
0,046 kW/kg
|
|
/carbone
|
0,01 à 1 F
|
1 F
|
28,8 cm3 *
|
0,15 Wh/l
|
0,105 kW/l
|
|
|
|
2,5 W
|
|
|
|
Panasonic
Japon
|
Gold Capacitor
|
Organique
|
2,3 à 5,5 V
|
2,5 V
|
1,8 g*
|
0,48 Wh/kg
|
0,87 kW/kg
|
|
/carbone
|
0,0022 à 22 F
|
1 F
|
1,1 cm3 *
|
0,79 Wh/l
|
1,42 Wh/l
|
|
|
|
1?
|
|
|
|
Samyoung
Corée
|
PRO-CAP
|
Organique
|
5,5 V
|
5,5 V
|
-
|
-
|
-
|
|
/carbone
|
0,022 à 1 F
|
1 F
|
1,42 cm3 *
|
3 Wh/l
|
0,18 kW/l
|
|
Tab. 2-4 : Supercondensateurs ou modules commerciaux
[26]
|
|
