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Supercondensateur (ultracondensateur) qui stocke l'énergie électrique grâce à la séparation des charges électrostatiques

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Supercondensateur

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Un supercondensateur (également appelé ultracondensateur ou condensateur à double couche électrique, EDLC) est un dispositif de stockage d'énergie de pointe qui stocke l'énergie électrique par séparation de charges électrostatiques, plutôt que par les réactions chimiques utilisées dans les batteries classiques.

Les supercondensateurs offrent une densité de puissance très élevée, une capacité de charge et de décharge extrêmement rapide, ainsi qu’une très longue durée de vie, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant un échange d’énergie rapide, une alimentation de secours de courte durée et un soutien en puissance de pointe.

Fonctions principales
Les supercondensateurs sont utilisés pour :
·Le stockage d’énergie à court terme
·L’amélioration de la qualité de l’alimentation
· La stabilisation de la tension
· L’écrêtement des pics de puissance
· Le soutien de puissance pendant les coupures
· La récupération d’énergie régénérative
· La prolongation de la durée de vie des batteries
· L’alimentation de secours pour les systèmes critiques

Principe de fonctionnement
Contrairement aux batteries, qui stockent l’énergie par le biais de réactions chimiques, les supercondensateurs stockent l’énergie dans un champ électrique entre les électrodes.
Lors de la charge :
· Les ions s’accumulent à la surface des électrodes.
· Une double couche électrique se forme.
· L’énergie est stockée de manière électrostatique.
Lors de la décharge :
· Les ions stockés retournent à travers l’électrolyte.
· L’énergie électrique est libérée immédiatement.

Composants principaux
1.) Électrodes
Matériaux :
· Charbon actif
· Nanotubes de carbone
· Matériaux à base de graphène
· Composites de carbone
Fonction :
· Offrent une grande surface pour le stockage de la charge
2.) Électrolyte
Types :
· Électrolyte organique
· Électrolyte aqueux
· Électrolyte liquide ionique
Fonction :
·Permet le déplacement des ions entre les électrodes
3.) Séparateur
Fonction :
·Empêche les courts-circuits électriques
·Permet le déplacement des ions
4.) Collecteurs de courant
Matériaux :
·Aluminium
·Cuivre
Fonction :
·Transfèrent le courant électrique depuis les électrodes
5.) Boîtier du module
Assure :
·Une protection mécanique
·La gestion thermique
·Une isolation de sécurité

Caractéristiques techniques types
·Tension de la cellule : 2,7–3,0 V
·Tension du module : 12 V–1 000 V+
·Densité énergétique : 5–20 Wh/kg
·Densité de puissance : 1–10 kW/kg
·Rendement : 95–99 %
·Durée de vie : 100 000–1 000 000 cycles
·Temps de charge : de quelques secondes à quelques minutes
·Température de fonctionnement : de -40 °C à +65 °C
·Entretien : très faible

Avantages
·Charge extrêmement rapide
·Peut se charger en quelques secondes
·Supporte des courants de charge élevés
Très longue durée de vie
·Des millions de cycles de charge/décharge possibles
·Dégradation minimale
Puissance de sortie élevée
·Fournit des pics d’énergie rapides
·Adapté à la couverture des pics de demande
Rendement élevé
·Très faibles pertes d’énergie
·Rendement aller-retour pouvant atteindre 95 à 99 %
Large plage de températures de fonctionnement
·Fonctionne bien dans des environnements difficiles

Applications typiques
Systèmes d’alimentation électrique
·Alimentation de secours en courant continu pour les sous-stations
·Systèmes de maintien de tension (ride-through) pour onduleurs
·Stabilisation du réseau
·Compensation des chutes de tension
Énergies renouvelables
·Lissage de la production solaire
·Contrôle des fluctuations de la production éolienne
·Systèmes hybrides de stockage d’énergie
Transports
·Bus électriques
·Freinage régénératif ferroviaire
·Véhicules hybrides
·Réseaux de métro
Applications industrielles
·Grues
·Ascenseurs
·Équipements de soudage
·Machines lourdes
·Systèmes d’automatisation industrielle
Centres de données
·Alimentation de relais pour onduleurs (UPS)
·Alimentation de secours de courte durée
·Assistance au remplacement des batteries

Normes applicables
·IEC 62391 – Condensateurs électriques à double couche fixes
·CEI 62576 – Condensateurs électriques à double couche pour véhicules électriques hybrides
·CEI 61881 – Équipements électroniques ferroviaires
·UL 810A – Sécurité des condensateurs électrochimiques
·Normes IEEE relatives au stockage d’énergie et aux réseaux électriques (selon l’application)

Résumé des caractéristiques techniques types
·Technologie : EDLC / supercondensateur hybride
·Tension par cellule : 2,7–3,0 V
·Tension par module : 12 V–1 000 V+
·Densité de puissance : élevée
·Densité d'énergie : 5–20 Wh/kg
·Rendement : 95–99 %
·Durée de vie : 100 000–1 000 000 de cycles
·Temps de charge : de quelques secondes à quelques minutes
·Applications : soutien de puissance, alimentation de secours, régénération

Un supercondensateur est une technologie de stockage d’énergie haute performance qui comble le fossé entre les condensateurs traditionnels et les batteries. Sa densité de puissance exceptionnelle, sa réponse rapide et sa durée de vie extrêmement longue en font la solution idéale pour les applications nécessitant un apport rapide d’énergie, une stabilisation de la puissance et des cycles de charge-décharge fréquents.