Utilisation des supercondensateurs pour les stockage de lénergie
L'assemblage de l'ensemble est réalisé comme pour les condensateurs classiques. Figure 1 : Structure d'un supercondensateur. Le principe de fonctionnement d'un
LES SUPERCONDENSATEURS
Découvrir le principe de fonctionnement d'un condensateur et d'un supercondensateur. Documents. (s'approprier). Doc.1 : Les condensateurs. Un condensateur
SUPERCONDENSATEURS :
Supercondensateur : Capacité de double couche électrochimique Augmenter la tension de fonctionnement. - électrolytes.
RAPPORT TECHNIQUE: AUTOBUS ÉLECTRIQUES ALIMENTÉS
21 Apr 2010 Figure 12 schéma de fonctionnement de biberonnage à recharge ultra-rapide . ... 1.2.2.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SUPER-CONDENSATEUR.
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1.3 Architectures hybrides et les modes de fonctionnement . Pile à combustible supercondensateur
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Chapitre I : Généralités sur les super condensateurs
I.4.3 Couplage aux réseaux des super condensateurs . alors que l'autre fonctionne comme celle d'un super condensateur. [5]. I.4 Application des super ...
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Supercondensateur : Capacité de double couche électrochimique Augmenter la tension de fonctionnement - électrolytes
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Le principe de fonctionnement d'un supercondensateur est basé sur le stockage de l'énergie par distribution des ions provenant de l'électrolyte au voisinage
[PDF] Introduction
Un super- condensateur EDLC est donc composé de deux condensateurs en série : l'un constitué de l'électrode positive associée aux anions en solution l'autre
[PDF] Chapitre I : Généralités sur les super condensateurs
Dans ce chapitre nous allons introduire le principe de fonctionnement d'un chargeur pour super condensateurs qui est basé sur le principe d'un hacheur
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Le principe de fonctionnement d'un supercondensateur est basé sur le stockage de l'énergie par distribution des ions provenant de l'électrolyte au voisinage
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Supercondensateur = • Supercapacité • Condensateur à double couche électrique • Electrical Double Layer Capacitor (EDLC) • Supercapacitor
[PDF] LES DIFFERENTES APPLICATIONS DES SUPERCONDENSATEURS
I 2 2 Le fonctionnement d'un supercondensateur Le Supercondensateur constitue de deux électrodes généralement identiques qui déposent sur les collecteurs
(PDF) Applications des supercondensateurs - ResearchGate
18 fév 2015 · PDF Ce dossier traite de la caractérisation et des applications des supercondensateurs sollicités par des contraintes électriques
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Chapitre 2 : Supercondensateur 33 2 1 Introduction 33 2 2 Principes de fonctionnement des supercondensateurs 35 2 2 1 Principes physiques de base
[PDF] Utilisation des supercondensateurs et des batteries pour le stockage
Le principe de fonctionnement d'un supercondensateur est basé sur le stockage de l'énergie par distribution des ions provenant de l'électrolyte au voisinage
Comment fonctionne un super condensateur ?
Une fois que chaque extrémité du supercondensateur est branchée à une source électrique, les charges négatives (électrons) s'assemblent sur une armature. Quant aux charges positives, elles s'accumulent sur l'armature opposée et permettent ainsi le stockage de l'énergie.Quel est l'intérêt d'un supercondensateur ?
Le supercondensateur compte parmi ses avantages : Le fait de disposer d'une puissance (en watts), immédiate. Contrairement à la batterie, il supporte sans problème les cycles de charge-décharge. Il est moins lourd qu'une batterie et, à la différence de celle-ci, il est insensible aux variations de température.Quelle est la différence entre un condensateur et un supercondensateur ?
Les supercondensateurs (ou ultracondensateurs) se distinguent des condensateurs traditionnels de deux façons : ils présentent une surface de plaque plus importante ainsi qu'un espace plus étroit entre ces plaques, car le séparateur se comporte légèrement différemment d'un diélectrique standard.Les cycles de charge et décharge
1Toujours laisser refroidir avant de recharger une batterie qui a fourni surtout sous forte intensité 2Toujours laisser refroidir avant de l'utiliser en générateur juste après le fin du cycle de charge.3Eviter la décharge profonde : éviter de descendre sous les ? 5%
Chaire Développement durable
Environnement, Énergie et Société
SUPERCONDENSATEURS :Principes et Evolutions
Principes et Evolutions
Patrice SIMON
Université Paul Sabatier
CIRIMAT UMR CNRS 5085
Toulouse - FRANCE
simon@chimie.ups-tlse.fr Plan1. Les supercondensateurs
- principes - applications2.Les matériaux carbonés pour les
supercondensateurs 2.Les matériaux carbonés pour les
supercondensateurs - les différents formes de carbones - les carbones microporeux (poudres, films)3. Les autres types de supercondensateurs
1. Pourquoi les supercondensateurs ?
performances intermédiairesSupercondensateurs:
- forte puissance (10-20 kW/kg) - énergie : 5 Wh/kg - constante de temps : ~ 5 s performances intermédiaires entre les capacités et les batteriesDifférents types de supercondensateurs:
- à base d"oxydes (pseudo-capacités)- à base de Carbone (> 90% des systèmes commerciaux)P. Simon, Y. Gogotsi , Nature Materials,
7 (2008) 845-854 Groupes sur les SCs : F. Béguin (CRMD, Orléans), T. Brousse (IMN Nantes), F. Favier (IGC, Montpellier)
1.1 Stockage des charges : électrostatique
Condensateur classique
er d Q (Ah) = C . DV diélectrique (isolant)DVArmatures conductrices
Supercondensateur : Capacité de double couche électrochimiqueElectrode
Electrolyte
Cdl≈10-20 μF/cm²
DDDDV appliqué :
adsorption des ions sur C charge de la Double Couche (10-20 μF/cm²) Carbone poreux (grande surface) (1000-2000 m²/g)100 F/g de CA
1.1 Stockage des charges dans les SCs
Stockage électrostatique : pas de réaction d"oxydo-réductionPoints-clés :
- Pas de Rédox®forte Puissance - Cyclabilité : > 106cycles
- charge/décharge rapide (qqs) - basses températures (- 40°C)•Electrolyte aqueux :DDDDEmax = 1 V
Electrolyte organique :
DDDDEmax = 2,7 V
100 F/g de CA
Circuit équivalent simplifié
1.1 Un peu d"histoire
1957: Brevet Becker (U.S. Patent 2,800,616) General
Electric : deux électrodes en acier inox recouvertes de carbone - électrolyte acide sulfurique)1966 - 1970: Brevets SOHIO Corporation (US patent 3,288,641, US
patent 3,536,963) ; électrolyte organique) " Electrokinetic Capacitor »1853 :Concept de la double couche (Helmholtz)1978 : NEC (JP) premiers systèmes " Supercapacitor » (licence SOHIO, aqueux)
1995 :Nippon Chemicon (JP) ; DLCAP ; C > 300F, 2,7V
1998 :Nesscap (Cor) ; 10 < C < 2500 F en milieu organique ; Capacité > 300F 1991 :Maxwell (USA) ; Boostscap ; 1F < C < 3000F, 2,7V
2001 :Bolloré (Fr) : Batscap, 600 F à 9000F ; 2,7V
Caractéristiques Batteries Li-ion SuperCondensateursTemps de décharge* 3-5 min. ~ 1sTemps de charge* > 6 min. ~ 1sDurée de vie (cycles) < 5000 (@C) > 1 000 000 Energie (Wh/kg) 100 - 150 5Puissance (kW/kg) < 1** > 10Fonctionnement (°C) -20°C - +70°C -40°C - +70°CRendement 70% - 95% > 95%Coût ( par Wh) 0,8 - 1,5 8 - 15
1.1 Résumé : batteries vs SCs
Coût ( par kW) 60 - 120 20 - 40
* pour récupérer la totalité de l"énergie stockée ; ** temps minimal de décharge avec un rendement de 90%
SC et batteries sont complémentaires : puissance et énergieA. Burke, Electrochimica Acta 53 (2007) 1083-1091, J. Miller ECS Interface (2008)
Applications
Capacité < 100F :
- appels de puissance, - tampons de puissanceNombreuses applications existantes : outillage, véhicule, électronique de puissance...
Visseuse électrique
1.2 Applications : la puissance
····Ouverture des portes de l"A380
http://www.airbus.com (Maxwell)16 portes alimentées par des modules 35 V / 28.5 F
(14 séries de 4 SC 100F en parallèle)····Récupération énergie
Grue portuaire motorisée
Source: T. Furukawa, NCCLevage de containers de 12 m, 40 t157,000 t de containers par bateauDLCAP Capacitor Module
SC Module
1.2 Exemples d"applications : récupération énergie
J.R. Miller and P. Simon,
Science
321 (2008) 651
-40% consommation carburant -25% émission de CO 2 SC récupère l"énergie lors de la descente et la restitute en phase de levageMoteur Diesel
1.2 Applications : récupération de l"énergie
Source : Alstom
Module SCs :
1) récupération de l"énergie de freinage
2) autonomie de traction sur 100s mCollaboration Alstom / Batscap
1.2 Applications : l"automobile
Credit: Argone Nal LabAlterno/démarreur micro-hybride e-Hdi pour Citroen C5 and C4 diesel (2012) •-15 % gasoil •CO2< 130g par km1.3 Quelques exemples de EDLCs
Maxwell
NessCap
Batscap
Nippon
Chemi-ConDe la cellule ...- de 0,1 F à 9000F- de 10 g à 1kg ... au module - de 5V à 250 V - de 50g à 450 kgEnergie (max.)
W = 1/2 C V
0² (J)
Puissance (max.)
P = V0² / (4R) (W)
V0 : - tension de décomposition de l"électrolyte (red/ox)
-corrosion collecteur de courant ou carbone1.4 Energie et Puissance des EDLCs
-corrosion collecteur de courant ou carboneCapacité :- Carbone (
Farads par gramme ou par cm
3de carbone
- interface Carbone / électrolyteRésistance : - principalement R
électrolyte
- impédance d"interface Film / collecteur Film / collecteur1.5 EDLCs : défis technologiques
Prochains Challenges pour les Supercondensateurs Augmenter la densité d"énergie (E=1/2 C.V²) > 10 Wh/kg
tdécharge> 10sDensité de puissance (Pmax=V²/4R) aujourd"hui >10 kW/kg satisfaisante1. Augmenter la capacité des carbones
Travailler sur l"interface carbone / électrolyte relation taille des pores / taille des ions ?2. Augmenter la tension de fonctionnement
- électrolytes - systèmes hybrides : association électrode batterie à uneélectrode SC (carbone)
Plan1. Les supercondensateurs
- principes - applications2. Les supercondensateurs carbone / carbone les différents formes de carbones (carbone activé les différents formes de carbones (carbone activé - les carbones microporeux (poudres, films)3. Les supercondensateurs à base d"oxydes
Matériau actif : pourquoi le carbone ?
- stable électrochimiquement, conducteur électronique - possibilité de développer de grandes surfaces (> 500 m².g -1)1. Le Carbone activé
2.1 Le matériau actif : le carbone
S élevée
~1500 m2/gCarbone activé =
carbone poreux2.1 Le matériau actif : le carbone activé
Carbone activé : matériau désordonné+
Graphite
Feuillet de graphène
Carbone activé
Distribution
de taille de porePhoto MET d"un CA
A. Terzyk et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2007, 9, 5919 Comment augmenter la capacité (charge stockée) ? ?syntétiser des carbones activés de grande surfaceCdl= (e0 e S) / d
2.1 Le matériau actif : le carbone activé
2. Rôle de la taille des pores1. Augmenter la surface spécifique des carbones (m²/g)
Saturation de capacité pour S > 1500 m²/g vers ~ 100 F/gNanotubes de Carbone
2.3 Les carbones poreux pour EDLCs
Quelle est la taille de pore optimale pour les Carbones?Carbones Activés (CA)
distribution de taille de pore (PSD) ???vérification difficile avec CA Besoin de nouveaux carbones0,5 nm3,5 nm
Modèle classique utilisé depuis 20 ans : micropores inactifs
Plan1. Les supercondensateurs
- principes - applications2. Les supercondensateurs carbone / carbone 2. Les supercondensateurs carbone / carbone2.1 les différents formes de carbones2.2 Carbones microporeux : les CDCs
a) électrolyte organique liquide b) liquide ionique3. Les supercondensateurs à base d"oxydes
2. Les Carbones Dérivés de Carbure (CDCs
Dissolution sélective du métal d"un carbure (TiC, SiC, ZrC...) TiC (s)+ 2 Cl2(g)®®®®TiCl4(g)+ C(s) (≠Tsynthèse, recuit H2)1.1 nm
Pourquoi CDCs? Contrôle précis de la taille de pore + PSD étroite
Collaboration : Prof Y. Gogotsi (USA)
Pores de 0,6 à 1 nm (< 2 nm)
160017001.2
6.8 Å7.0 Å7.4 Å7.6 Å8.1 Å
1000110012001300140015001600
0.60.70.80.91.01.1
500 600 700 800 900 1000
BETSSA (m2/g)
Average pore size (nm)
Chlorination temperature (°C)
Cellules Labo
2.a Les tests
Electrolyte
(C2H5)4N+,BF4-1,5M in ACN Et 4N BF 4-95% CDC, 5% PTFE sur feuille Al
électrode 4cm2, 15 mg/cm²
2.a CDCs: Augmentation de la capacité dans
l"électrolyte AN + 1M (C2H5)4N+,BF4-
Pores < ions solvatés
accessible aux ions J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi, C. Portet, P.L. Taberna and P. Simon,Science
313, 1760-1763 (2006)Hypothése:
micropores accessible par déformation de la couche de solvatation
Capacité dans les micropores (+50%)2.a Structure des CDCs ?
Modélisation par Quenched Molecular Dynamics
CDCs 600°C (0,74 nm), 800°C (0,8 nm) et 1200°C 4 nmCDC 800C
(1,2 nm)CDC 600C
(0,74 nm)J. C. Palmer, et al,
Carbon
, 48. 1116-1123 (2010) 4 nm4 nmStructures très désordonnées...
(pas de plans graphitiques, pas de pores en fente) structure poreuse interconnectée, ouverte 4 nm2.a Mesures 3-électrodes, électrolyte TEABF4
Cellules
3-électrodes accès à C(+) et C(-)
Cellules 2-electrode mesure de CcelluleCellule
800ºC TiC CDC
+/-20 mACyclage Galva.Solvant : AN
2.a Mesures 3 electrodes, AN+1,5M TEABF4
< 0.7 nm <130140150160170
Cell CapacitanceNegative electrode
Specific capacitance (F/g)
Positive electrode
J. Chmiola. C. Largeot, P.L. Taberna, P. Simon and Y. Gogotsi,Angewandte Chem
ie Int.120 (18), 2008, 3440
1. Adapter la taille des pores aux ions
2. Ions partiellement désolvatés pour
" entrer » dans les pores3. Cmax pour une taille donnée
< 0.76 nm < R. Lin, P.L. Taberna, J. Chmiola, D. Guay, Y. Gogotsi and P. Simon, JECS 158 (2009) A7-A12100110120130
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
Specific capacitance (F/g)
Pore size (nm)
Cellules 3-electrodes dans (CH3)CN + (C2H5)4N+,BF4- ions solvatés2.b Mesures en milieu liquide ionique
Liquides Ioniques:
Pas de solvant (sels fondus)Etude du comportement électrochimique des CDCs en ILs2.b Cellules 3-electrode dans EMI-TFSI
Electrolyte
Ethyl-MethylImmidazolium-TriFluoro
-methane-SulfonylImide (EMI-TFSI)Cellules Labo
EMI +: 0,76 nm (longueur) TFSI -: 0,79 nm (longueur) Tailles très prochesTemp. 60°C; Carbones: CDCs
EMI TFSI Cell Capacitance (F/g)Positive Electrode (F/g)Negative Electrode (F/g)100120140160180C (F/g)
TFSI- EMI+2.b Cellules 3-electrode dans EMI-TFSI
Maximum ~ 0,72 nm quand taille ion ~ taille pore!!! 60800,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Pore Size (nm)
quotesdbs_dbs41.pdfusesText_41[PDF] supercondensateur voiture
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