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Etude et modelisation des supercondensateurs


par Yasser Diab
Damas - Doctorat 2009
  

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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].

 

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.

 

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

 

Tab. 2-1 : Comparaison des caractéristiques des supercondensateurs [22]

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