FAQ sur les supercondensateurs

Toutes les réponses à vos questions sur les supercondensateurs, ces sortes de batteries à la charge ultra-rapide.

C'est quoi la différence entre un supercondensateur et une batterie ?

Un supercondensateur est capable de stocker de l'énergie directement sous la forme d'un champ électrostatique, ce qui est complètement différent du fonctionnement d'une batterie où c'est une réaction chimique qui permet de stocker ou déstocker l'électricité.

L'électricité est ainsi stockée ou libérée beaucoup plus rapidement car il n'y a pas de processus électrochimique. Le supercondensateur peut se recharger 10 000 fois plus vite que les accumulateurs traditionnels et apporter une puissance extrêmement élevée en un court laps de temps.

Plus de détails dans la page "C'est quoi un supercondensateur ?"

Le supercondensateur a-t-il été inventé récemment ?

Non, le supercondensateur est un composant de stockage de l'électricité qui existe depuis longtemps.

Ce qui est nouveau, c'est l'augmentation de la quantité d'énergie (densité d'énergie) que l'on peut stocker dans un supercondensateur (certains laboratoires annoncent des densités d'énergie impressionnantes), ainsi que la baisse de prix des supercondensateurs. Leur prix a été divisé par 100 en 15 ans !

Avec la baisse de prix des supercondensateurs, on commence à voir apparaître les premiers bus électriques, trains, tramways ou encore bateaux électriques alimentés exclusivement par des supercondensateurs.

Pourquoi le supercondensateur n'est-il pas encore très répandu ?

Les supercondensateurs vendus dans le commerce ont pour l'instant une faible densité d'énergie (les meilleurs ne stockent qu'un dixième de ce peut stocker une batterie lithium-ion).

Mais les avancées récentes dans le domaine des nanotechnologies et l'amélioration des connaissances au niveau moléculaire permettent aujourd'hui d'améliorer considérablement les capacités des supercondensateurs. Plusieurs équipes de chercheurs à travers le monde ont déjà réussi à créer des supercondensateurs stockant plus d'énergie qu'une batterie lithium-ion (en conditions de laboratoire).

L'un des matériaux les plus intéressants pour faire des supercondensateurs à haute densité d'énergie est le graphène, qui n'a été découvert qu'en 2004.

En janvier 2014, la Chine a achevé sa première ligne de production de supercondensateurs en graphène. Il reste encore de nombreux points à améliorer pour arriver à la commercialisation de supercondensateurs ayant une densité d'énergie comparable à celle des batteries lithium-ion, mais l'enjeu est tel que les choses pourraient aller très vite. Voir notre article Les supercondensateurs stockeront bientôt plus d'énergie que les batteries Lithium-ion.

Par ailleurs, malgré une baisse très importante du prix des supercondensateurs (divisé par 100 en 15 ans), ceux-ci restent encore beaucoup plus chers qu'une batterie. La baisse de prix au kilowattheure devrait se poursuivre et les supercondensateurs vont petit à petit grignoter des parts de marché aux batteries. Ainsi, le marché des supercondensateurs est attendu en hausse de 48% par an de 2012 à 2015. Rappelons aux sceptiques la rapide baisse de prix des écrans plats qui sont passés de prix avoisinant les 50 000 euros à 500 euros en quelques années seulement.

Les supercondensateurs ne se déchargent-ils pas trop vite pour être utilisables ?

Ce n'est pas parce que les supercondensateurs sont capables de se décharger très rapidement pour apporter une très forte puissance, qu'ils se déchargent obligatoirement très vite.

Un condensateur de 10 microfarads n'est pas fait pour stocker une grande quantité d'électricité. Les condensateurs sont utilisés pour stabiliser une alimentation électrique ou pour faire du filtrage de signaux et ils se déchargent extrêmement rapidement.

Mais aujourd'hui il existe des supercondensateurs de 8000 Farads qui permettent de stocker une beaucoup plus grande quantité d'énergie. Les supercondensateurs peuvent être assemblés en modules de 48 volts ou 125 volts par exemple et servir à démarrer des camions ou à alimenter complètement des bus électriques ou des bateaux électriques.

La tension des supercondensateurs diminue au fur et à mesure qu'ils sont utilisés. N'est-ce pas un problème ?

Les supercondensateurs ont en général une tension nominale de 2,7 Volts (certains arrivent à 4 Volts en laboratoire). Il faut donc mettre plusieurs supercondensateurs en série pour obtenir une tension plus élevée (comme pour les cellules des batteries). Attention, il faut alors utiliser un circuit d'équilibrage (actif ou passif) afin de répartir équitablement la tension sur chaque cellule. Les producteurs de supercondensateurs fournissent des modules de supercondensateurs (de 16, 48, 56, 75, 125 ou encore 160 volts) incluant des circuits d'équilibrages.

Pour remédier au problème de baisse de tension, il est possible d'ajouter un convertisseur DC-DC (convertisseur Boost ou Buck-Boost) qui convertit une tension continue en une autre tension continue de plus faible ou plus grande valeur. Les convertisseurs DC-DC se sont améliorés ces dernières années et de nouveaux convertisseurs plus performants encore vont arriver sur le marché suite à des améliorations réalisées pour l'instant en laboratoire.

Voir les articles suivants :
Module de démarrage moteur Maxwell ESM : fini les pannes !
Hélium : haut-parleur bluetooth alimenté par supercondensateur et open source

Quel est le taux d'autodécharge d'un supercondensateur ?

Le taux d'autodécharge est la vitesse à laquelle une pile, une batterie ou un supercondensateur se décharge tout seul sans être sollicité. Ainsi, une batterie Lithium-ion a un taux d'autodécharge de 2% par mois, tandis qu'une pile Ni-MH classique affiche un taux d'autodécharge supérieur à 30% par mois. Ce taux de déchargement n'est pas une donnée figée selon les technologies. Ainsi, de nouvelles piles NiMH sont sorties récemment avec une autodécharge de seulement 20% par an.

Pour les supercondensateurs, ce taux d'autodécharge diffère grandement selon les technologies et les procédés de fabrication utilisés. Généralement, les supercondensateurs se déchargent tout seuls de 50% en 1 mois. La vitesse de l'autodécharge est dégressive avec le déchargement du supercondensateur et elle diminue donc très rapidement après le premier mois. Les supercondensateurs de grande capacité ont souvent des taux d'autodécharge moins élevés que les petites capacités.

De ce point de vue, il existe des différences importantes selon les producteurs de supercondensateurs. Mais il est évident que plus les supercondensateurs auront une grande densité d'énergie, plus ils seront utilisés pour stocker de l'énergie sur de longues périodes et plus les industriels s'attacheront à améliorer leur taux d'autodécharge.

Des progrès considérables ont déjà été faits dans ce domaine et les chercheurs travaillent activement sur d'autres pistes d'amélioration. L'autodécharge peut ainsi être réduite en éliminant toutes traces d'eau dans un électrolyte organique. Pour les électrodes de carbone, l'élimination des hétéroatomes, et en particulier de l'oxygène, permet de minimiser considérablement les réactions parasites et donc l'autodécharge.

Les supercondensateurs pourront-ils remplacer les batteries des voitures électriques à l'avenir ?

Lorsque les supercondensateurs à haute densité d'énergie arriveront sur le marché, ils pourront remplacer avantageusement les batteries des voitures électriques. Ainsi, grâce à la rapidité de recharge des supercondensateurs, "faire le plein" de sa voiture électrique ne prendra pas plus de temps que de faire un plein d'essence. De quoi imposer définitivement la voiture électrique et mettre au placard nos vieilles voitures roulant aux énergies fossiles.

Voir notre article :
Supercondensateur pour voiture électrique : questions et réponses

En attendant, les supercondensateurs sont déjà utilisés dans bon nombre de voitures pour les systèmes stop & start ou pour récupérer efficacement l'énergie du freinage.

Nous verrons peut-être dans un premier temps apparaître des voitures électriques équipées de batteries-supercondensateurs hybrides. Voir notre article :
Durée de vie des batteries Lithium-Ion multipliée par 2 grâce aux supercondensateurs

La voiture à pile à combustible aussi pourrait faire la part belle aux supercondensateurs. Cf:
Les véhicules à pile à combustible sont plus efficaces avec un supercondensateur

Les supercondensateurs risquent-ils d'exploser ? Sont-ils dangereux ?

Les supercondensateurs ne sont pas plus dangereux que les batteries dès lors que l'on respecte les conditions d'utilisation et les règles de recharge.

Polarité, limite de tension et court-circuits

Il faut faire très attention lorsqu'on branche des condensateurs polarisés : ceux-ci explosent s'ils sont branchés à l'envers !

La plupart du temps, les supercondensateurs ont des électrodes symétriques : l'anode et la cathode sont constituées de la même matière. Théoriquement, on pourrait donc indifféremment brancher le + ou le - sur les bornes du supercondensateur. Cependant, lors du processus de fabrication des supercondensateurs, des chargements successifs créent de fait une certaine asymétrie au niveau des électrodes.

Par ailleurs, il existe aussi des supercondensateurs à électrodes asymétriques, des pseudo-supercondensateurs et des supercondensateurs hybrides (cf. Grand dossier sur les supercondensateurs).

Inverser la charge d'un supercondensateur peut être dangereux et générer une explosion ou au minimum en abaisser la capacité. Il est donc recommandé de faire attention à la polarité lorsqu'on utilise des supercondensateurs.

Il faut par ailleurs faire attention à ne pas dépasser la limite de tension lorsque l'on charge un supercondensateur. Le dépassement de la limite de tension endommage les supercondensateurs en réduisant leur durée de vie et peut aller jusqu'à les faire exploser. La limite de tension est habituellement de 2,7V pour une cellule. On peut créer des modules à plus haute tension en branchant plusieurs supercondensateurs en série, mais il faut alors prévoir un système d'équilibrage des charges.

Les batteries nécessitent elles aussi de suivre des règles et d'utiliser des systèmes de charge adaptés. Par ailleurs, les batteries peuvent subir des emballements thermiques imprévisibles au cours des réactions chimiques ayant lieu lors des charges et des décharges. De ce point de vu, les supercondensateurs sont plus sécurisants.

Les supercondensateurs ont une très faible résistance interne et peuvent donc délivrer de très forts courants selon la demande. Pour la même raison, un court-circuit délivrera un courant extrêmement fort pouvant générer des étincelles, de fortes chaleurs pouvant faire fondre des métaux et au pire une explosion (une batterie de voiture a également de fortes chances d'exploser en cas de court-circuit).

Voir notre article Comment charger un supercondensateur ?

Toxicité et inflammabilité

Certains supercondensateurs utilisent des électrolytes inflammables et toxiques, même si c'est de moins en moins fréquent. Ainsi, il y a eu quelques cas d'incendie de bus électriques en Chine avec des départs de feu provenant des supercondensateurs. En effet, la Chine est le plus gros utilisateur de supercondensateurs au monde depuis qu'elle utilise intensivement de gros supercondensateurs (depuis 2009) pour alimenter des bus électriques.

Le SAE (le plus grand producteur de normes sur la mobilité dans le monde) planche actuellement sur l'élaboration de normes pour les supercondensateurs dans l'industrie automobile, avec notamment la norme de stockage d'énergie capacitif - J3051.

De plus en plus, les supercondensateurs utilisent des électrolytes ininflammables et respectueux de l'environnement. Pour prouver à quel point les supercondensateurs peuvent être sécurisés, certains producteurs de supercondensateurs leur font passer des stress-tests très poussés : molesté, compressé, troué ou brûlé, le supercondensateur ne prend pas feu et n'explose pas. Voir les articles suivants :

Les supercondensateurs peuvent créer une rupture technologique pour un avenir meilleur.
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