Point sur les avancées dans les supers-condensateurs et leurs applications pour les véhicules électriques.

, Partager

La faible densité énergétique des supers-condensateurs, typiquement à 10 Wh/kg alors qu’une batterie Tesla a une densité énergétique de près de 150 Wh/kg, les a traditionnellement conduits à être écartés des alternatives à la batterie électrochimique. Cependant, les supers-condensateurs ont un potentiel important pour des applications dans les véhicules électriques, ainsi que pour d’autres secteurs industriels, car ils peuvent se charger et se décharger 10 à 100 fois plus rapidement que les batteries traditionnelles et leur durée de vie est de l’ordre de 100 000 cycles contre 1000 pour les batteries actuelles. Si une large commercialisation ne verra pas le jour avant quelques années, de nouvelles avancées dans les matériaux utilisés sont en mesure de réduire les limitations de densité énergétique et pourraient permettre une insertion dans des systèmes hybrides (batterie + super-condensateur) avec en perspective une utilisation dans le domaine des transports.

Graphene, surface spécifique et amélioration de la densité énergétique.

Des chercheurs de Stanford ont créé un composant en carbone graphitique poreux avec une surface spécifique de 4073 m2/g. [1] Les condensateurs stockant l’énergie de façon électrostatique dans des champs électriques, cette augmentation de la surface de contact entre les électrodes et l’électrolyte leur permet ainsi d’accueillir un très grand nombre d’électrons dans un volume beaucoup plus restreint. Ce matériau est par ailleurs encore en cours d’amélioration, une équipe de recherche de l’armée américaine dans le Maryland a réussi en utilisant la gravure ionique, technique employée dans le secteur des semi-conducteurs, à créer des pores plus petits et mieux organisés améliorant la rapidité et la capacité de stockage du système. [2]

JPEG - 133.7 ko
Structure du Graphene, AlexanderAlUS

Les systèmes hybrides seront sûrement les premiers à devenir commercialement viables, combinant les propriétés de charge et de décharge rapides du super-condensateur et la grande capacité de stockage des batteries traditionnelles. Face au défi de leur relative faible densité énergétique, une autre piste pour leur emploi est de les intégrer dans les espaces libres du véhicule. En mai, une équipe de Rice University a utilisé un polymère (polyamide) pour doper du graphène à l’acide borique. Un traitement au laser a ensuite permis d’obtenir une surface spongieuse où se mêle résidus polymériques et graphène. [3] Cette augmentation de surface spécifique améliore ainsi la capacité de stockage des électrons du matériau. Ce procédé permet de créer des SC fins et flexibles qui peuvent être ajoutés à une grande variété d’objets, par exemple dans des véhicules, mais ils pourraient aussi être incorporés à des vêtements comme l’envisage l’équipe de recherche.

Application au domaine des transports

L’avantage unique conféré par ces taux très rapides de charge et décharge pourrait permettre aux supers-condensateurs de trouver des usages spécifiques par exemple dans les transports, bien avant que leur densité énergétique ne soit comparable à celle des batteries. Pour les véhicules, la forte demande en énergie du moteur au démarrage se situant lors des phases d’accélération peut être couverte par des supers-condensateurs dédiés. Dans un système hybride, des batteries Li-ion assurent l’alimentation en électricité lors des autres phases de conduite. Ainsi, la Toyota TS040 et la Yarris Hybrif-R incorporent toutes deux des supers-condensateurs pour une meilleure accélération. [4]

Dans une optique d’économie d’énergie, le plus important est peut-être la possibilité de capter l’énergie générée lors du freinage du véhicule. La performance actuelle tend à être comprise entre 30 et 50 % et est très variable selon les situations. Des tests avec la première génération de Mazda hybride comprenant un super-condensateur montreraient une amélioration de l’efficacité énergétique de 10% lors des phases de « stop-and-go » selon le constructeur. Le système, plus adaptable, est aussi en mesure de se recharger efficacement dans une gamme plus large de conditions de conduite. Ceci pourrait être particulièrement intéressant pour les systèmes de transport à arrêts fréquents tels que le bus ou le train. Maxwell, fabricant de supers-condensateurs américain a déjà vendu 20 000 supers-condensateurs pour des bus électriques à travers le monde.
L’exploitation des capacités de recharge rapide a par ailleurs conduit la ville de Shanghai à installer des stations de recharge qui prennent la forme de ligne de courant suspendue au niveau de arrêts de bus, permettant aux bus équipés de supers-condensateurs de se charger pendant la descente et la montée de passagers. [5]


Rédacteurs :
- Clement Lefort, attaché adjoint pour la science et la technologie : deputy-envt@ambascience-usa.org
- Jesse Slater, stagiaire de la mission pour la science et la technologie

Suivre le secteur sur @FR_US_envt
Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.