Comprendre les supercondensateurs et leurs applications

Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie de pointe offrant une large gamme de caractéristiques recherchées, notamment une haute capacitance, une densité de puissance élevée et des durées de cycle prolongées. Également appelés ultracondensateurs, les supercondensateurs comblent efficacement le fossé qui existe actuellement entre les condensateurs électrolytiques et les batteries rechargeables.

Un supercondensateur à double couche typique se distingue d'un condensateur conventionnel de deux manières importantes. Les plaques métalliques d'un supercondensateur présentent une surface beaucoup plus grande que celles d'un condensateur ordinaire, et la distance entre les plaques est significativement plus petite, car le séparateur entre elles fonctionne différemment d'un diélectrique conventionnel.

Dans une batterie, la charge et la décharge sont des réactions électrochimiques. Les supercondensateurs stockent la charge de manière électrostatique sur leurs plaques à haute surface. Ces dispositifs 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 des courts instants de puissance. Pour au moins 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 régulièrement utilisée, adaptée à des applications allant des batteries de secours à la prévention de la perte accidentelle de mémoire de stockage. Les ingénieurs sont attirés par les supercondensateurs en raison des nombreux avantages de cette technologie, notamment ses excellentes performances et sa fiabilité.

Un attribut clé 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 par cycles, le cyclage d'un supercondensateur occasionne peu d'usure. De plus, les supercondensateurs offrent des cycles de charge/décharge plus rapides que les batteries.

Les supercondensateurs sont prisés pour leurs capacités de gestion du courant à des niveaux que les dispositifs alternatifs ne peuvent pas fournir en raison de la RSE. Les supercondensateurs peuvent également gérer des plages de températures plus larges que les batteries.

Lorsqu'elle est utilisée pour le soutien des batteries, la technologie des supercondensateurs peut prolonger considérablement la durée de vie des batteries primaires/secondaires, généralement d'au moins 2 fois.

La sécurité est un aspect important dans de nombreux types de conceptions de produits, en particulier les appareils mobiles et portables. Contrairement à certains types de batteries, comme le 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 défaillances des supercondensateurs ne sont jamais catastrophiques. Ils sont également respectueux de l'environnement car ils ne nécessitent pas les mêmes précautions lors de leur élimination, contrairement aux batteries.

En savoir plus sur les avantages des supercondensateurs.

Types de supercondensateurs

Les performances des supercondensateurs dépendent en grande partie de leur matériau d'électrode et de leur électrolyte. Les électrodes à surface élevée d'un supercondensateur sont fabriquées à partir d'un matériau poreux. La charge est généralement stockée près de la frontière qui existe entre l'électrolyte et le matériau de l'électrode. Pour les condensateurs à double couche, les électrodes sont couramment fabriquées en aérogel de carbone, en tissu de carbone ou en noir de carbone.

Certains supercondensateurs intègrent un électrolyte aqueux tandis que d'autres utilisent un électrolyte organique. Les électrolytes organiques couramment utilisés incluent l'acétonitrile et le carbonate de propylène.

Les supercondensateurs cylindriques sont les éléments de base de cette technologie. Ces dispositifs sont conçus pour offrir aux ingénieurs en technologie industrielle et grand public une solution qui assure des caractéristiques optimales de gestion de puissance pulsée et surpasse notablement la concurrence tout en restant compétitive en termes de coûts.

AVX propose des supercondensateurs cylindriques dans une large gamme de configurations de montage, y compris des montages planaires à deux ou quatre terminaux, des montages traversants, des montages traversants avec entretoises étendues et des montages avec fils. Des modules connectés en série sont également disponibles.

Applications des supercondensateurs

Bien que les supercondensateurs soient une technologie relativement nouvelle (du moins comparée aux condensateurs traditionnels), ces dispositifs sont désormais prêts à être utilisés dans un large éventail d'applications. L'une des premières applications des supercondensateurs a été comme solution de secours aux batteries principales, afin de combler les interruptions de courant brèves ou d'assurer un flux électrique régulier. Dans ce rôle encore largement répandu, les supercondensateurs se retrouvent dans les alimentations sans interruption (UPS), les systèmes d'alarme sans fil, les compteurs intelligents et même les disques à semi-conducteurs (SSDs).

Les supercondensateurs sont également largement utilisés pour fournir de l'énergie dans des applications impulsionnelles, la télémétrie, l'assistance à la puissance de pointe et les serrures électroniques. De plus, de nombreux ingénieurs se tournent vers la technologie des supercondensateurs comme la meilleure solution pour démarrer des générateurs de secours lors de pannes électriques et fournir de l'énergie jusqu'à ce que la commutation atteigne sa pleine vitesse. Au Japon, de grands supercondensateurs sont fréquemment installés dans des bâtiments commerciaux pour réduire la consommation du réseau lors des périodes de forte demande et pour alléger la charge.

Les supercondensateurs sont également couramment utilisés comme récupérateurs d'énergie pour capter et stocker l'énergie collectée à partir de cellules solaires, d'éoliennes, de vagues océaniques et d'autres sources externes afin d'alimenter des appareils électroniques 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 grande fiabilité, sont également idéaux pour une utilisation dans les conceptions de capteurs et de communications pour l'Internet des objets (IoT).

Un nombre croissant d'ingénieurs se tournent désormais vers les supercondensateurs en tant que dispositifs de stockage d'énergie haute performance pouvant contribuer à la croissance rapide de l'électronique basse consommation. Les appareils électroniques portables, tels que les smartphones, montres connectées, modules GSM/GPRS et dispositifs médicaux portables, peuvent tous bénéficier de la technologie des supercondensateurs. Honeywell, par exemple, propose maintenant un scanner UPC alimenté par supercondensateur, sans batterie, qui se recharge totalement en quelques secondes. Le fabricant promet une durée de vie de plus de huit ans, soit environ six fois supérieure à celle des batteries lithium-ion standard.

Le secteur automobile s'impose comme un autre grand adoptant des supercondensateurs, intégrant cette technologie dans divers systèmes des véhicules. Les fonctions de démarrage/arrêt et la direction assistée peuvent tirer parti des performances et de la tolérance aux températures offertes par cette technologie. À terme, les supercondensateurs promettent la capacité de recharger rapidement les batteries des véhicules hybrides, 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 et une efficacité énergétique élevés.

Le secteur ferroviaire a également commencé à apprécier le potentiel de récupération d'énergie de la technologie des supercondensateurs. L'entreprise ferroviaire espagnole CAF, par exemple, propose Greentech Evodrive, un système de récupération d'énergie à base de supercondensateurs intégré dans les tramways urbains. La technologie récupère l'énergie cinétique libérée lors du freinage, améliorant ainsi l'efficacité énergétique globale du tramway.

L'avantage AVX

AVX offre la plus large variété de supercondensateurs de type cylindrique standard, capables de répondre aux demandes de conception personnalisées. AVX propose une gamme diversifiée de composants axés sur la maximisation du stockage d'énergie, une faible ESR et un courant de fuite minimal.

Les séries SCC et SCM de la société de condensateurs électrochimiques cylindriques à double couche, par exemple, offrent d'excellentes caractéristiques de gestion de puissance pulsée grâce à la combinaison d'une capacité très élevée et d'une ESR très faible. Utilisés individuellement ou en combinaison avec des batteries primaires ou secondaires, les dispositifs fournissent un temps de sauvegarde prolongé et une durée de vie de batterie plus longue, ainsi que des impulsions de puissance instantanées lorsque nécessaire.

Le supercondensateur BestCap de la série BZ d'AVX est un supercondensateur à impulsion à faible ESR basé sur le système polymère activé par proton non dangereux. Le produit rivalise directement avec les dispositifs utilisant des électrolytes organiques, mais offre une plage de tension bien plus large, allant de 3,6V à 20V (les organiques sont généralement limités à environ 3V par cellule). BestCap a une plage de température de -20°C à +70°C—plus étendue que celle des batteries—et propose également certaines valeurs disponibles entre -40°C et +75°C. BestCap offre la réponse en fréquence la plus « semblable à celle d’un condensateur » parmi tous les supercondensateurs et se distingue par ses caractéristiques de faible ESR et de faible profil.

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 disponible dans les supercondensateurs AVX. Utilisés seuls ou en combinaison avec des batteries principales ou secondaires, les dispositifs offrent un temps de sauvegarde prolongé avec une durée de vie de batterie accrue et des impulsions de puissance instantanées lorsque nécessaire. Les dispositifs sont destinés aux applications nécessitant une gestion de puissance pulsée, un stockage d'énergie, une conservation d'énergie/de puissance et une assistance batterie.

Toutes les séries de supercondensateurs AVX sont disponibles pour une personnalisation dans les domaines de l'orientation des fils, des fils de faisceaux, de l'emballage et des offres non standard en termes de tension, de capacité et d'autres domaines clés. Pour les applications de supercondensateurs à haute tension, AVX peut concevoir et fabriquer des assemblages de modules personnalisés, complets avec boîtier, équilibrage et support de surveillance de l'état.

Se pencher en avant

Les supercondensateurs sont une technologie de stockage d'énergie en croissance rapide 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 de dispositifs personnels et commerciaux, cette 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 se développe et que de nouvelles applications sont envisagées, les chercheurs du monde entier s'efforcent d'améliorer les performances et la compatibilité en explorant 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.

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