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Etude et modelisation des supercondensateurs

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par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
  

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4.11. Conclusion

Durant des périodes longues de stockage d'énergie, le supercondensateur en circuit ouvert se décharge lentement en perdant une partie importante de sa capacité. Cette décroissance dépend de la quantité et du type des impuretés et de la propriété du séparateur. L'étude présentée dans ce chapitre concerne la compréhension physique et la modélisation des mécanismes qui sont à l'origine du phénomène d'autodécharge dans un supercondensateur chargé. Nous rencontrons dans un supercondensateur chargé à une tension égale ou inférieure à la tension nominale deux principaux mécanismes. Le premier est lié au processus d'oxydoréduction de diffusion. Le deuxième est lié au courant de fuite.

Les phénomènes de l'autodécharge, le courant de fuite et le processus d'oxydoréduction de diffusion, sont représentés par différents modèles, analytique et par circuits électriques équivalents. Ces derniers sont basés sur la représentation des phénomènes de l'autodécharge par des circuits électriques RC soit en série ou en parallèle avec deux constantes de temps différentes : la constante de temps de courant de fuite et celle du processus d'oxydoréduction de diffusion. Un nouveau modèle représentant l'autodécharge par un circuit RC en parallèle avec la capacité du supercondensateur a été établi. Ce modèle est facile à établir, il suffit de mesurer la décroissance de la tension aux bornes du supercondensateur en circuit ouvert. Enfin, les modèles présentés sont comparés lors d'un essai d'autodécharge et de la charge/décharge à courant constant.

Nous nous sommes focalisés dans ce chapitre aussi sur l'effet de la variation des paramètres de l'autodécharge du supercondensateur en fonction de la tension initiale et de la température ambiante. Ces dernières ont une influence importante sur l'autodécharge. Elles conduisent à accélérer ses processus. Pour des tensions et des températures élevées, les pertes de l'énergie stockée dans les supercondensateurs augmentent fortement. Les paramètres de l'autodécharge en fonction de la tension initiale et de la température ont été trouvés expérimentalement et ensuite une approximation de cette fonction par des lois a été déterminée. Le nouveau modèle (c f. fig. 4-12), en plus de représenter finement le phénomène de l'autodécharge, nous donne des bases utiles pour l'interprétation des résultats expérimentaux : évolution des paramètres de l'autodécharge en fonction de la tension initiale, de la température et de la technologie de fabrication.

La durée prolongée de mesure, sept jours, nous a permis de démontrer que la rapidité de l'autodécharge diminue avec le temps quelque soit la tension initiale et la température du fait du retour de supercondensateur à l'état stable du point de vue thermodynamique. Ainsi, la résistance de fuite augmente avec le temps. Nous l'avons déterminée pour des durées différentes, sa valeur pour une semaine est très supérieure à celle de 24h. De plus, grâce à cette longue durée de mesure le phénomène de la récupération de tension à été observé. Ce phénomène nous démontre l'hypothèse de la réversibilité du processus de diffusion lié à l'oxydoréduction mais avec deux constantes de temps différentes. Celle de la récupération de la tension aux bornes du supercondensateur est très élevée par rapport à celle de la décharge du supercondensateur (cf. § 4-10).

Les paramètres d'autodécharge de supercondensateurs étudiés sont comparés. L'utilisation d'une nouvelle technologie pour fabriquer le nouveau composant M600 a toutefois été accompagnée d'une augmentation indésirable de la capacité du processus d'oxydoréduction de diffusion et du courant de fuite. Les fabricants pourraient utiliser un séparateur épais pour améliorer la diminution de tension, mais cette opération augmente en même temps, la résistance ESR.

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