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Etude et modelisation des supercondensateurs


par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
  

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2.3. Technologie

2.3.1. Electrodes

Les trois catégories de supercondensateurs en fonction de la nature des électrodes sont les suivantes :

· les supercondensateurs à stockage d'énergie électrostatique : technologie d'électrodes au charbon actif,

· les supercondensateurs à stockage d'énergie électrochimique : technologie d'électrodes aux oxydes métalliques ou aux polymères conducteurs,

· les supercondensateurs à stockage d'énergie électrochimique et électrostatique : technologie d'électrodes hybride.

Supercondensateurs à stockage d'énergie électrostatique

Actuellement, la technologie la plus répandue est celle au charbon actif, dont les surfaces spécifiques dépassent 1000 m2.g-1 et peuvent atteindre 3000 m2.g-1. Ces supercondensateurs fonctionnent selon un principe de type électrostatique : l'électricité est stockée par accumulation d'ions dans la double couche électrique existant à l'interface électrodeélectrolyte. L'absence de véritables réactions chimiques permet une excellente réversibilité et une durée de vie importante (de plus de 1000 000 cycles). Citons deux autres particularités de ces supercondensateurs [8,9] :

· le faible coût des procédés de fabrication et surtout de la matière première.

· le stockage d'énergie principalement électrostatique leur confère une puissance spécifique potentiellement élevée, typiquement d'un seul ordre de grandeur inférieure à celle des condensateurs électrolytiques,

Fig. 2-3 : Structure microscopique d'une électrode à charbon actif [8]

Supercondensateurs à stockage d'énergie électrochimique

Cette technologie utilise des matériaux d'électrodes permettant d'obtenir une interface électrode électrolyte pseudo-capacitive. Deux types de matériaux sont utilisés [10,11] : les oxydes métalliques conducteurs électroniques ou les polymères conducteurs électroniques. Concernant les oxydes métalliques, il est impératif que ceux-ci ne se dissolvent pas dans l'électrolytique, ce qui limite le nombre de candidats possibles. C'est principalement l'oxyde ruthénium ou l'oxyde d'iridium en milieu acide sulfurique qui est utilisé [12]. Cette technologie est relativement onéreuse, aussi bien au niveau de la matière première qu'à celui des procédés de fabrication. Le comportement électrique de ces supercondensateurs est complexe.

Quant aux polymères conducteurs électroniques, tels que le polypole [13], le polythiophène polyaniline, ils permettent d'obtenir des capacités spécifiques élevées, de l'ordre de 200 F.g-1 et pouvant atteindre 400 F.g-1. De nombreux problèmes restent cependant à résoudre, notamment ceux liés à la stabilité en température, ainsi qu'à une puissance et une cyclabilité limitées.

Supercondensateurs à stockage d'énergie asymétrique

Ce type de supercondensateur dispose de deux électrodes de nature différente, par exemple une de carbone poreux et une d'oxyde de nickel mais nous pouvons aussi en trouver avec des polymères. Le but est d'exploiter les propriétés de la double couche et l'effet pseudo-capacitif. La densité d'énergie obtenue est supérieure à celle des composés carbonés toutefois les caractéristiques de charge/décharge sont non-linéaires [14].

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