Comblant le fossé entre les condensateurs électrolytiques et les batteries rechargeables, les supercondensateurs trouvent leur place dans un nombre croissant d'applications.
Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d’énergie de pointe qui offrent une large gamme de fonctionnalités souhaitables, notamment une capacité élevée, une densité de puissance élevée et des temps de cycle prolongés. Également connus sous le nom d’ultracondensateurs, les supercondensateurs comblent efficacement l’écart qui existe actuellement entre les condensateurs électrolytiques et les batteries rechargeables.
Un supercondensateur à double couche typique est différent d'un condensateur conventionnel de deux manières importantes. Les plaques métalliques d'un supercondensateur présentent une surface beaucoup plus grande que celle d'un condensateur ordinaire, et la distance entre les plaques est nettement plus petite, car le séparateur entre elles fonctionne d'une manière différente d'un diélectrique conventionnel.
Dans une batterie, la charge et la décharge sont des réactions électrochimiques. Les supercondensateurs stockent la charge électrostatiquement sur leurs plaques à grande surface. Les appareils stockent moins d’énergie, mais ils peuvent se charger ou se décharger en quelques secondes. Par conséquent, les applications des supercondensateurs sont principalement utilisées pour fournir de courtes périodes de puissance. Au moins dans un avenir prévisible, les batteries resteront le choix privilégié pour stocker de grandes quantités d’énergie sur de longues périodes.
Avantages des supercondensateurs
Au cours des dernières décennies, les supercondensateurs sont passés d'un choix de conception exotique et unique à une technologie sur laquelle on s'appuie régulièrement et qui convient à des applications allant des batteries de secours à la prévention des pertes accidentelles de mémoire de stockage. Les ingénieurs sont attirés par les supercondensateurs en raison des multiples avantages de cette technologie, notamment ses excellentes performances et sa fiabilité.
L'un des principaux attributs des supercondensateurs est qu'ils peuvent être chargés et déchargés des centaines de milliers de fois dans des conditions normales. Contrairement à une batterie électrochimique, qui a une durée de vie définie, le cyclage d'un supercondensateur crée peu d'usure. De plus, les supercondensateurs offrent des cycles de charge/décharge plus rapides que les batteries.
Les supercondensateurs sont appréciés pour leurs capacités de gestion du courant à des niveaux que les dispositifs alternatifs ne peuvent pas fournir en raison de l'ESR. Les supercondensateurs sont également capables de gérer des plages de température plus larges que les batteries.
Lorsqu'elle est utilisée pour le support de batterie, la technologie des supercondensateurs peut prolonger considérablement la durée de vie de la batterie primaire/secondaire, généralement d'au moins 2 fois.
La sécurité est une considération importante dans de nombreux types de conceptions de produits, en particulier les appareils mobiles et portables. Contrairement à certains types de batteries, comme les batteries lithium-ion (li-ion), qui présentent un risque d’incendie et d’explosion en cas de perforation, de surcharge, de surchauffe ou de court-circuit, les pannes de supercondensateurs ne sont jamais catastrophiques. Ils sont également respectueux de l’environnement dans la mesure où ils ne nécessitent pas les mêmes précautions lors de leur élimination que les piles.
Apprenez-en davantage sur les avantages des supercondensateurs.
Types de supercondensateurs
Les performances d’un supercondensateur dépendent dans une large mesure du matériau de son électrode et de son électrolyte. Les électrodes à grande surface d’un supercondensateur sont constituées d’un matériau poreux. La charge est généralement stockée à proximité de la limite qui existe entre l'électrolyte et le matériau de l'électrode. Pour les condensateurs à double couche, les électrodes sont généralement créées à partir d'aérogel de carbone, de tissu de carbone ou de noir de carbone.
Certains supercondensateurs intègrent un électrolyte aqueux tandis que d’autres comportent un électrolyte organique. Les électrolytes organiques couramment utilisés comprennent l’acétonitrile et le carbonate de propylène.
Les supercondensateurs cylindriques sont le cheval de bataille de base de cette technologie. Les appareils sont conçus pour fournir à un large éventail d'ingénieurs en technologie industrielle et grand public une solution offrant des caractéristiques optimales de gestion de la puissance d'impulsion et surpassant considérablement la concurrence tout en restant compétitive en termes de coûts.
AVX propose des supercondensateurs cylindriques dans une large gamme de configurations de montage, notamment des montages plans à deux à quatre bornes, des montages traversants, des montages traversants à distance étendue et des montages à fils conducteurs. Des modules connectés en série sont également disponibles.
Applications des supercondensateurs
Bien que les supercondensateurs soient une technologie relativement nouvelle (du moins par rapport aux condensateurs traditionnels), les dispositifs sont désormais prêts à être utilisés dans une large gamme d'applications. L’une des premières applications des supercondensateurs était celle de secours pour les batteries primaires afin de pallier de brèves interruptions de courant ou de fluidifier le flux électrique. Dans ce rôle encore largement utilisé, on retrouve des supercondensateurs dans les alimentations électriques ininterruptibles (UPS), les systèmes d'alarme sans fil, les compteurs intelligents et même les disques SSD (Solid State Drives).
Les supercondensateurs sont aussi massivement utilisés pour fournir de l'énergie dans des applications d'impulsions, la télémétrie, l'assistance à la puissance de crête et les serrures électroniques. De plus, de nombreux ingénieurs se tournent vers la technologie des supercondensateurs comme le meilleur moyen de démarrer les générateurs de secours pendant les pannes de courant et de fournir de l'énergie jusqu'à ce que la commutation atteigne sa pleine vitesse. Au Japon, de grands supercondensateurs sont fréquemment installés dans les bâtiments commerciaux pour réduire la consommation du réseau aux heures de pointe et pour faciliter la charge.
Les supercondensateurs sont également couramment utilisés comme récupérateurs d'énergie pour capturer et stocker l'énergie collectée à partir de cellules solaires, d'éoliennes, des vagues océaniques et d'autres sources externes pour alimenter l'électronique à faible consommation d'énergie. Les supercondensateurs, qui peuvent fonctionner dans des environnements difficiles sur une large plage de températures de fonctionnement tout en offrant une densité de puissance élevée et une fiabilité élevée, sont également idéaux pour une utilisation dans les conceptions de capteurs et de communication de l'Internet des objets (IoT).
Un nombre croissant d’ingénieurs se tournent désormais vers les supercondensateurs comme dispositifs de stockage d’énergie haute performance qui peuvent contribuer à la croissance rapide de l’électronique basse consommation. Les appareils électroniques portables, tels que les smartphones, les montres intelligentes, les modules GSM/GPRS et les appareils médicaux portables, peuvent tous bénéficier de la technologie des supercondensateurs. Honeywell, par exemple, propose désormais un scanner UPC alimenté par supercondensateur et sans batterie qui se recharge complètement en quelques secondes. Le fabricant promet une durée de vie de plus de huit ans, soit environ six fois plus longue que celle des batteries lithium-ion standard.
Le secteur automobile est en train de devenir un autre grand utilisateur de supercondensateurs, intégrant cette technologie dans divers systèmes de véhicules. Les fonctions de démarrage/arrêt et la direction assistée peuvent bénéficier des performances et des attributs de tolérance à la température de la technologie. À l’avenir, les supercondensateurs promettent la possibilité de charger rapidement les batteries des véhicules hybrides, en fonctionnant en conjonction avec le moteur à essence de la voiture ou du camion. L’installation de supercondensateurs dans les véhicules hybrides leur permettra de parcourir de plus longues distances avec un contrôle de puissance et une efficacité élevés.
L’industrie ferroviaire a également commencé à apprécier le potentiel de récupération d’énergie de la technologie des supercondensateurs. La compagnie ferroviaire espagnole CAF, par exemple, propose Greentech Evodrive, un système de récupération d'énergie embarqué basé sur des supercondensateurs conçu pour les tramways. Cette technologie récupère l’énergie cinétique libérée lors du freinage, améliorant ainsi l’efficacité énergétique globale du tramway.
L'avantage AVX
AVX propose la plus grande variété de supercondensateurs de type cylindrique standard, offrant la possibilité de satisfaire les demandes de conception personnalisées. AVX propose une gamme diversifiée de pièces axées sur la maximisation du stockage d'énergie, un faible ESR et un courant de fuite minimal.
Les séries SCC et SCM de condensateurs électrochimiques cylindriques à double couche de la société, par exemple, offrent d'excellentes caractéristiques de gestion de la puissance d'impulsion basées sur la combinaison d'une capacité très élevée et d'un ESR très faible. Utilisés individuellement ou en conjonction avec des batteries primaires ou secondaires, les appareils offrent une autonomie prolongée et une durée de vie de la batterie plus longue, ainsi que des impulsions d'alimentation instantanées en cas de besoin.
Le supercondensateur BestCap de la série BZ d'AVX est un supercondensateur à impulsions à faible ESR basé sur le système polymère activé par protons non dangereux. Le produit concurrence directement les appareils fabriqués avec des électrolytes organiques, mais dispose d'une plage de tension beaucoup plus large, de 3,6 V à 20 V (les organiques sont généralement limités à environ 3 V par cellule). BestCap dispose d'une plage de température de -20 °C à +70 °C, plus large que celle des batteries, et propose également des valeurs sélectionnées disponibles entre -40 °C et +75 °C. BestCap offre la réponse en fréquence la plus « semblable à celle d'un condensateur » de tous les supercondensateurs et présente des caractéristiques de faible ESR et de profil bas.
Les supercondensateurs prismatiques PrizmaCap d'AVX, présentés dans la série SCP, offrent le profil le plus bas et la plage de températures de fonctionnement la plus large disponibles dans les supercondensateurs AVX. Utilisés seuls ou en conjonction avec des batteries primaires ou secondaires, les appareils offrent une autonomie prolongée avec une durée de vie de la batterie plus longue et des impulsions d'alimentation instantanées en cas de besoin. Les appareils sont destinés aux applications nécessitant une gestion de la puissance d'impulsion, un stockage d'énergie, une rétention d'énergie/puissance et une assistance par batterie.
Toutes les séries de supercondensateurs AVX sont disponibles pour la personnalisation dans les domaines de l'orientation des fils, des fils du faisceau de câbles, de l'emballage et des offres non standard en matière de tension, de capacité et d'autres domaines clés. Pour les applications de supercondensateurs à tension plus élevée, AVX peut concevoir et construire des assemblages de modules personnalisés, complets avec boîtier, équilibrage et support de surveillance de l'état.
Penché en avant
Les supercondensateurs sont une technologie de stockage d’énergie en pleine croissance qui est devenue un choix de conception de plus en plus populaire pour un nombre croissant d’applications. Bien que les batteries Li-ion soient désormais utilisées dans une large gamme d’appareils personnels et commerciaux, la technologie ne pourra jamais rivaliser avec les supercondensateurs en termes de densité de puissance et de nombre de cycles de charge/décharge.
Alors que l’adoption des supercondensateurs augmente et que de nouvelles applications sont envisagées, les chercheurs du monde entier s’efforcent d’accroître les performances et la compatibilité en étudiant de nouvelles formes de matériaux diélectriques, tels que les nanotubes de carbone, le polypyrrole et le titanate de baryum, qui promettent tous d’améliorer la capacité et la densité énergétique.
Restez à l’écoute : l’histoire des supercondensateurs ne fait que commencer.
Pour consulter l'intégralité de la gamme de supercondensateurs d'AVX et sélectionner les appareils qui correspondent le mieux à vos besoins de conception, cliquez ici.
