3.5. Effet du vieillissement sur les paramètres de
supercondensateur
Les mécanismes de vieillissement du supercondensateur
peuvent être dûs à des contraintes électriques,
mécaniques ou l'environnementales [77] :
· Les vibrations et les chocs mécaniques conduisent
à affaiblir les connexions.
· Le vieillissement dû à l'environnement est
également très important. Une température
élevée accélère de façon importante la perte
de performance du supercondensateur.
· Les contraintes électriques (comme une
surtension) peuvent conduire aussi à une perte de performances du
supercondensateur. Ce phénomène est accéléré
par la température et son effet est augmenté par les
impuretés et par l'eau contenu dans l'électrolyte. A
température plus élevée, le processus de vieillissement
est accéléré par une réactivité forte de la
composition chimique et à des tensions élevées plus
d'impuretés participent aux réactions d'oxydoréduction.
Des conditions extrêmes peuvent conduire aussi à une
évaporation de l'électrolyte.
La plupart des mécanismes de vieillissement engendre une
diminution de la capacité C et une augmentation de l'ESR.
L'évolution des caractéristiques du
supercondensateur nous donne une idée de la durée de vie du
composant. Cette dernière représente un critère primordial
pour l'utilisation de ces composants dans les applications de puissance.
Différents essais de vieillissement accélérés sont
habituellement employés pour étudier la durée de vie tels
que les tests cycliques et des essais par "floating". Les tests cycliques
consistent à charger et décharger le supercondensateur sous une
température donnée avec un courant constant entre deux valeurs de
potentiel [35, 104, 113, 121, 134]. Le vieillissement par floating consiste
à contraindre le supercondensateur sous sa tension nominale et
température maximale d'utilisation.
3.5.1. Vieillissement
accéléré
Dans le cadre d'une collaboration avec H. Gualous et G.
Alcicek du SET (laboratoire systèmes et transports) de Belfort, G.
Alcicek a fait subir à cinq supercondensateurs M600 des vieillissements
accélérés à la tension nominale et à des
températures différentes [135]. Nous nous intéressons dans
ce qui suit à analyser l'évolution des caractéristiques
électriques lors de vieillissements effectués au SET dans le
cadre du Master Recherche de G. Alcicek.
3.5.1.1. Vieillissement accéléré
à la tension nominale et à la température limite
d'utilisation
Le premier vieillissement a été effectué
sur trois supercondensateurs à 2,7 V et à 65 °C (par G.
Alcicek). Les figure 3-87-a et b illustrent le pourcentage de la variation des
résistances des supercondensateurs en fonction du temps par rapport
à leur valeur initiale ; la résistance ESR à 55
mHz, la résistance EDR à 55 mHz et la résistance
Rs pour ö = 0 ° en fonction du temps.
Nous observons bien une augmentation de ces résistances et que la
variation de la résistance Rs est plus importante
que celle de l'ESR. Ceci est dû à la faible augmentation de la
résistance liée aux accès aux pores EDR.
Fig. 3-87 : Evolution des résistances des
supercondensateurs en fonction de temps
Sur la figure 3-88, nous présentons également le
pourcentage de la diminution de la capacité de s supercondensateurs
C à 10 mHz en fonction du temps.
Fig. 3-88 : Evolution de la valeur de la capacité
C des supercondensateurs en fonction de temps
3.5.1.2. Vieillissement accéléré
à la tension nominale et au-delà de la température limite
d'utilisation
Deux supercondensateurs ont été vieillis par G.
Alcicek à la tension nominale de 2,7 V et à la température
de 70 °C. Cette dernière est supérieure à celle
maximale d'utilisation prisée par le fabricant.
Les figures 3-89-a, b, c et d ci-dessous illustrent
l'évolution des paramètres de deux supercondensateurs en fonction
de temps. Nous constatons que la résistance EDR, la
résistance R S augmente plus fortement en fonction
du temps que lors du vieillissement précédent. La diminution de
la capacité C est aussi plus rapide.
Fig. 3-89 : Evolution des paramètres des deux
supercondensateurs en fonction de temps
La variation de la capacité du supercondensateur en
fonction de la tension appliquée avant et après le vieillissement
est montrée sur la figure 3-90 (ces essais ont été
effectués au laboratoire Ampère). La capacité diminue de
plus de 20 % pour la tension nominale (2,7 V), tandis que la diminution est
plus faible pour des tensions plus faibles. Cela peut s'expliquer par la
diminution de micropores accessibles du charbon actif surtout en tension
élevée, et par une déformation de la structure du charbon
actif [136].
Fig. 3-90 : Capacité du supercondensateur
vieilli N° 2 en fonction de la tension pour un composant sain
et
vieilli
De nombreuses causes peuvent être responsable s du
vieillissement du supercondensateur et ainsi de la diminution progressive de sa
performance [137] :
· la saturation ionique de la surface des
électrodes,
· l'augmentation de la résistance de contact de
l'électrode,
· la diffusion d'eau dans l'électrolyte,
· la dégradation de l'électrolyte,
· des réactions d'oxydoréduction dûes
aux impuretés.
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