Vers les supercondensateurs de prochaine génération (HESCAP)

hescap

Projet de recherche de l'UE HESCAP

Les véhicules électriques et hybrides pourraient bientôt fonctionner avec une autonomie prolongée sans recharger leur supercondensateur. Des scientifiques du projet de recherche de l'union européenne HESCAP ont étudié des matériaux permettant de renforcer la densité énergétique des supercondensateurs, actuellement le principal obstacle à leur utilisation généralisée.

Les batteries et les condensateurs sont des Systèmes de Stockage d'Energie (SSE). Les batteries offrent une charge et une décharge lente et stable tandis que les condensateurs permettent une charge et une décharge plus rapide. Les batteries traditionnelles sont donc peu appropriées aux véhicules électriques ou hybrides. Une fois à court d'électricité (équivalant à une panne sèche), le temps de recharge peut durer plusieurs heures.

Avec l'arrivée des supercondensateurs (ou supercapacités), les véhicules hybrides ou électriques ont trouvé une solution pour récupérer efficacement l'énergie du freinage et pour gérer les accélérations franches, mais ces supercondensateurs sont souvent chers et ne stockent pas suffisamment d'énergie pour pouvoir remplacer totalement les batteries.

Des scientifiques ont ainsi lancé le projet HESCAP («new generation, High Energy and power density SuperCAPacitor based energy storage system») en vue de renforcer la densité énergétique des supercondensateurs et de les rendre compétitifs en termes de prix par rapport aux batteries traditionnelles. Dans ce projet de recherche de l'Union Européenne, trois types de matériaux d'électrodes ont été évalués, les oxydes métalliques à nanoparticules, un revêtement métallique de silicium (dioxyde de silicium, SiO2) sur des électrodes de carbone ainsi que du charbon activé.

Les partenaires du projet HESCAP sont le CEIT (Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas - Espagne), IMDEA-Energía (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados - Espagne), CEA-LETI (Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information - France), Skeleton Technhologies Ltd (Estonie), National Technical University of Athnes (Grèce) et APowerCap Technologies (APCT-Ukraine Ltd - Ukraine)

Les meilleurs résultats ont été obtenus avec les charbons activés, notamment les carbones nanoporeux (CDC, pour carbide-derived carbons) utilisés pour la conception et l'optimisation du prototype de pile de supercondensateur (Voir notre article sur les supercondensateurs de Skeleton Technologies : les SkelCap Series).

Une campagne de tests expérimentaux rigoureux et des simulations ont permis l'optimisation des spécifications de conception pour son intégration dans une pile de supercondensateur. Les scientifiques ont également mené une évaluation de cycle de vie complet du module de supercondensateurs pour s'assurer de l'éco-conception d'un SSE écologique.

Lors d'entretiens informels avec des entreprises impliquées dans la fabrication et la commercialisation de supercondensateurs ( KONEIKA ) et de batteries ( SAFT , EXIDE ), les scientifiques d'HESCAP ont obtenus de nouvelles idées sur les caractéristiques à développer pour leurs marchés respectifs.

Le CEIT a développé une nouvelle méthodologie de conception de convertisseurs DC/DC haute fréquence orientés vers les modules de supercondensateurs basse tension. Ce convertisseur DC/DC est capable de fonctionner dans une large gamme de tensions et peut gérer des fréquences de commutation jusqu'à 100 kHz.

Dans la même ligne, le CEIT a développé un système de stabilisation de tension à courant élevé et à faible coût. Ce système basé sur une topologie buck-boost modifiée a été testé sur des banques de supercondensateurs commerciaux.

Plusieurs simulations du système de stockage d'énergie par supercondensateurs ont été développées pour deux applications différentes : les grilles et les transports intelligents. Ces simulations permettent de prédire le comportement du supercondensateur dans un système intégré directement dans l'application finale.

Enfin l'IMDEA a conçu un nouveau électrolyte pour supercondensateur composé d'un mélange d'un liquide ionique ( PYR14TFSI ) et un solvant organique ( acétonitrile ).

Les scientifiques d'HESCAP ont apporté une contribution importante au développement d'une base de connaissances expérimentales et théoriques nécessaires au développement des supercondensateurs de prochaine génération dotés d'une densité énergétique renforcée. Un tel développement sera immédiatement applicable sur le marché des véhicules hybrides et électriques qui devrait très vite connaître un succès grâce aux technologies adéquates.

NB : Les carbones nanoporeux sont en effet actuellement utilisés avec succès par Skeleton Technologies pour créer des supercondensateurs avec une bonne densité énergétique. Ceux-ci sont déjà commercialisés auprès de l'aérospatial et la défense militaire. Toutefois, dans les laboratoires et pour l'avenir, les meilleurs résultats sont obtenus avec du graphène, des nanotubes de carbone ou du dioxyde de manganèse. Les liquides ioniques utilisés comme électrolyte permettent alors de doper les supercondensateurs pour obtenir une densité d'énergie encore plus élevée.

Rapport final de l'HESCAP en fichier PDF - www.hescap.eu

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