Les supercondensateurs existent depuis les années 1950, mais ce n’est que ces dernières années que leur potentiel est devenu évident. Jetons un coup d’œil à ces composants informatiques qui stockent de l’énergie comme les batteries mais utilisent des principes complètement différents.

Qu’est-ce qu’un condensateur ?

Avant d’aborder la question des supercondensateurs, il convient d’expliquer rapidement ce qu’est un condensateur ordinaire pour mieux montrer ce qui fait la spécificité des supercondensateurs. Si vous avez déjà regardé une carte mère d’ordinateur ou pratiquement n’importe quel circuit imprimé, vous aurez vu ces composants électroniques.

Un condensateur stocke l’électricité sous forme de champ électrique statique. C’est la même chose qui se produit lorsque vous marchez sur un tapis en chaussettes et accumulez une charge électrique, pour ensuite la décharger lorsque vous touchez une poignée de porte. Vous avez agi comme un condensateur !

Dans un condensateur typique, vous trouverez deux conducteurs séparés par un matériau isolant. Une charge positive s’accumule sur un conducteur et une charge négative sur l’autre. Il y a donc un champ électrostatique entre les deux plaques. Il existe de nombreuses façons de concevoir un condensateur, mais elles ont toutes les mêmes composants de base : deux plaques de charge et un isolant (diélectrique). L’isolant peut être de l’air, de la céramique, du verre, un film plastique, un liquide ou toute autre chose qui conduit mal l’électricité.

Les condensateurs ont de nombreuses utilisations en électronique. Dans les ordinateurs et autres systèmes numériques, ils veillent à ce que les informations ne soient pas perdues en cas de coupure momentanée de courant. Ils servent également de filtres pour éliminer les surtensions électriques qui pourraient autrement endommager les appareils électroniques sensibles.

COMMENT AFFICHER LE POURCENTAGE DE LA BATTERIE SUR L’IPHONE 13

Les différences entre les condensateurs et les batteries

Les condensateurs et les batteries sont similaires dans le sens où ils peuvent tous deux stocker de l’énergie électrique et la restituer en cas de besoin. La grande différence est que les condensateurs stockent l’énergie sous forme de champ électrostatique, tandis que les batteries utilisent une réaction chimique pour stocker et libérer l’énergie.

À l’intérieur d’une batterie se trouvent deux bornes (l’anode et la cathode) entre lesquelles se trouve un électrolyte. Un électrolyte est une substance (généralement un liquide) qui contient des ions. Les ions sont des atomes ou des molécules ayant une charge électrique.

L’électrolyte contient également un séparateur qui ne laisse passer que les ions. Lorsque vous chargez la batterie, les ions se déplacent d’un côté du séparateur à l’autre. Lorsque vous déchargez la batterie, c’est l’inverse qui se produit. Le mouvement des ions stocke chimiquement l’électricité ou transforme l’énergie chimique stockée en un courant électrique.

Condensateur et supercondensateur

Les supercondensateurs sont également appelés ultracondensateurs ou condensateurs à double couche. La principale différence entre les supercondensateurs et les condensateurs ordinaires est la capacité. Cela signifie simplement que les supercondensateurs peuvent stocker un champ électrique beaucoup plus important que les condensateurs ordinaires.

Dans ce diagramme, vous pouvez voir une autre différence majeure en ce qui concerne les supercondensateurs. Comme une batterie (et contrairement à un condensateur traditionnel), un supercondensateur possède un électrolyte. Cela signifie qu’il utilise les principes de stockage électrostatique et électrochimique pour conserver une charge électrique.

Il s’agit là d’une simplification excessive, et il serait beaucoup plus long d’expliquer les aspects vraiment techniques de cette technologie. La chose la plus importante à savoir sur les supercondensateurs est qu’ils offrent les mêmes caractéristiques générales que les condensateurs, mais qu’ils peuvent stocker et fournir beaucoup plus d’énergie que les condensateurs classiques.

COMMENT AFFICHER LE POURCENTAGE DE LA BATTERIE SUR L’IPHONE 12

Le pour et le contre des supercondensateurs

Les supercondensateurs offrent de nombreux avantages par rapport aux batteries lithium-ion, par exemple. Les supercondensateurs peuvent se charger beaucoup plus rapidement que les batteries. Le processus électrochimique crée de la chaleur et la charge doit donc se faire à un rythme sûr pour éviter une défaillance catastrophique de la batterie. Pour la même raison, les supercondensateurs peuvent également délivrer leur énergie stockée beaucoup plus rapidement qu’une batterie électrochimique. Si la batterie se décharge trop rapidement, cela peut également entraîner une défaillance catastrophique.

Les supercondensateurs sont également beaucoup plus durables que les batteries, en particulier les batteries lithium-ion. Alors que les batteries que l’on trouve dans les téléphones, les ordinateurs portables et les voitures électriques commencent à s’user après quelques centaines de cycles de charge, les supercondensateurs peuvent être chargés et vidés plus d’un million de fois sans aucune dégradation. Il en va de même pour la tension délivrée. Une batterie de 12 V peut ne fournir que 11,4 V dans quelques années, mais un supercondensateur fournira la même tension après plus d’une décennie d’utilisation.

Le plus gros inconvénient par rapport aux batteries au lithium-ion est que les supercondensateurs ne peuvent pas décharger leur énergie stockée aussi lentement qu’une batterie au lithium-ion, ce qui les rend inadaptés aux applications où un appareil doit rester longtemps sans charge.

En l’état actuel des choses, les supercondensateurs ne remplacent pas les batteries lithium-ion ou d’autres technologies de batterie, mais ils conviennent parfaitement à un nombre croissant d’applications.

Produits à base de supercondensateurs

Vous avez probablement déjà utilisé des produits contenant des supercondensateurs sans le savoir. Les premiers supercondensateurs ont été créés dans les années 1950 par un ingénieur de General Electric nommé Howard Becker. En 1978, NEC a inventé le nom de « supercondensateur » et a utilisé ce dispositif comme une forme d’alimentation de secours pour la mémoire des ordinateurs.

Aujourd’hui, vous en trouverez dans les ordinateurs portables, les GPS, les ordinateurs de poche, les flashs d’appareils photo et de nombreux autres appareils électroniques. La FlashCell de Coleman utilisait un supercondensateur au lieu d’une batterie. Cela signifie qu’elle fonctionne deux fois moins longtemps qu’un modèle traditionnel alimenté par une batterie, mais qu’elle se recharge en 90 secondes au lieu de plusieurs heures.

De même, le S-Pen du Samsung Galaxy Note 9 utilisait un supercondensateur pour alimenter les fonctions sans fil du stylet. L’énergie s’épuisait en quelques minutes d’utilisation intensive ou après 30s secondes de veille, mais il ne faut que 40 secondes pour le remplir à nouveau.

Les supercondensateurs trouvent également leur place dans le monde des véhicules hybrides et électriques. Ils sont parfaits pour capter et libérer l’énergie du freinage régénératif, qui est une charge dynamique à court terme. Les véhicules tels que les bus ou les trams des transports publics sont également adaptés aux supercondensateurs. Ils ont seulement besoin d’assez d’énergie pour se rendre au prochain arrêt, où ils se rechargeront en quelques secondes ou minutes. Comme les supercondensateurs ne s’usent pas vraiment, ce cycle fixe de transport public est très intéressant pour cette technologie.

Les supercondensateurs sont-ils l’avenir du stockage de l’énergie ?

Au vu de l’évolution de la recherche sur les supercondensateurs, il est probable qu’un jour nous aurons des batteries à supercondensateurs. Il s’agirait de dispositifs ayant la durabilité et la vitesse des supercondensateurs, mais avec la densité énergétique et la longue durée de fonctionnement des batteries. En 2016, des scientifiques de l’Université de Floride centrale ont créé un prototype de supercondensateur flexible avec une densité énergétique plus élevée que les supercondensateurs actuels et un cycle de charge de 30 000 sans dégradation.

Les nouveaux matériaux à l’échelle nanométrique et les expériences avec le graphène sont autant d’éléments qui laissent penser que des supercondensateurs avec des densités d’énergie bien plus élevées sont possibles. Même s’ils n’égalent jamais les batteries au lithium-ion, une quantité de charge utilisable, associée à un temps de recharge rapide, pourrait les placer là où les batteries jouent actuellement un rôle.

Mais d’autres technologies sont en concurrence avec les supercondensateurs. La plus importante d’entre elles est la légendaire batterie à l’état solide et, récemment, les batteries lithium-ion traditionnelles infusées de graphène se sont également révélées prometteuses. Quelle que soit la technologie à charge rapide, durable et à forte densité énergétique qui gagnera la course, nous serons tous gagnants.