2.3.3. Séparateurs
La construction des supercondensateurs demande la mise en
place d'une membrane isolante poreuse conductrice ionique pour séparer
les deux électrodes imprégnées d'électrolyte. Un
séparateur très utilisé est sans doute le Celgard mais il
en existe d'autre comme le papier
cellulosique avec des fibres polymères de renfort, le
polypropylène ou le polytetrefluorethylene (PTFE) (cf. fig. 2-4). En
raison des propriétés inertes du PTFE, il est couramment
utilisé avec les électrolytes ce qui allonge la durée de
vie des supercondensateurs. Ces membranes séparatrices sont minces et
robustes, elles occupent peu d'espace, ainsi les supercondensateurs peuvent
fournir une densité d'énergie très élevée.
Toutefois elles introduisent un terme supplémentaire dans le calcul de
la résistance totale du composant qui est fonction du taux de
porosité [9, 18].
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Property Range
Thickness (ì) : 7-35, Pore Size (ì) : 0.05-15,
Porosity : 50-70 percent, Water Wet-able : Yes,
Thermal Stability : to 250oC, Resistance :
3-6cm2,
in 1.250 Specific
Gravity H2SO4.
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Fig. 2-4 : Séparateur de type PTFE de la gamme
GORE [18]
2.3.4. Technique d'assemblage du supercondensateur
La figure 2-5 montre les différents constituants d'un
supercondensateur. Nous y trouvons, outre les éléments
déjà mentionnés, des collecteurs métalliques
(généralement en aluminium) servant d'amenées de courant
pour la matière active. La puissance spécifique du produit final
dépendra aussi de la qualité du contact
collecteur-électrode.
Fig. 2-5 : Principe d'assemblage des supercondensateurs
[4]
Actuellement plusieurs procédés visent à
optimiser le rapport coût de production/surface de carbone activé
par unité de poids et de volume. Les techniques d'assemblage sont
variées. Deux techniques principales le bobinage et l'empilement sont
utilisés par plusieurs fabricants.
Pour la fabrication de ses composants, EPCOS utilisait comme
MAXWELL aujourd'hui des électrodes en charbon actif, des collecteurs en
aluminium, un séparateur en polypropylène et un
électrolyte organique liquide (cf. fig. 2-6). Les collecteurs sont
plongée dans un mélange fait de poudre de charbon actif
imprégné de liant (téflon ou cellulose) et de solvant
organique, puis ensuite bobinés avec le séparateur et
séchés à 150 °C durant 12 h afin d'éliminer
les résidus d'eau. Ensuite cette cellule est imprégnée
dans l'électrolyte et placée dans une gaine en caoutchouc puis
dans un boîtier cylindrique en aluminium, les connections étant
soudées aux électrodes [4, 19].
Fig. 2-6 : Structure d'un supercondensateur EPCOS et de
son électrode [20,19]
D'autres fabricants utilisent auparavant les mêmes
éléments de base mais avec des procédés de
fabrication et d'assemblage différents. Les électrodes sont
réalisées à base de tissu activé obtenu à
partir de lin et de charbon brûlé puis activé, ce qui est
plus coûteux. Le supercondensateur est réalisé par la mise
en série de cellules séparées par le collecteur de
courant, comme montré sur la figure 2-7. Cette disposition est dite
bipolaire, car la cellule de base contient deux électrodes de
polarité contraire. La forme finale du supercondensateur est
généralement prismatique [4, 21].
Fig. 2-7 : Électrode bipolaire et
supercondensateur de Maxwell [4]
Finalement, le tableau 2-1 indique les
caractéristiques des divers types de supercondensateurs. Outre les
paramètres énergie et puissance déjà
discutés, nous remarquons que c'est dans le cas d'électrodes de
type polymère conducteur et d'un électrolyte organique que nous
observons les meilleures performances [22].
Électrode
|
Charbon actif
|
Charbon actif
|
Matériau
d'insertion
|
Polymère
conducteur
|
Électrolyte
|
Acide
sulfurique
|
Électrolyte
organique
|
Acide
sulfurique
|
Électrolyte
organique
|
Énergie massique
(Wh/kg)
|
de 0,2 à 1,1
|
de 2 à 4,2
|
de 2,7 à 5,5
|
11
|
Puissance massique
(kW/kg)
|
de 1 à 10
|
de 0,1 à 1
|
de 10 à 100
|
100
|
Tension (V)
|
de 0,8 à 1,2
|
de 2 à 2,7
|
de 0,8 à 1,2
|
2,5
|
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Tab. 2-1 : Comparaison des caractéristiques des
supercondensateurs [22]
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