Supercondensateurs

Les supercondensateurs stockent la charge électrique par des processus rapides et hautement réversibles à la surface des électrodes, offrant une puissance très élevée et une longue durée de vie, mais avec une densité énergétique inférieure à celle des batteries.

Definition

Un dispositif de stockage d'énergie qui stocke la charge électrostatiquement dans la double couche électrique d'électrodes à grande surface spécifique, éventuellement augmentée par des réactions redox de surface rapides (pseudocapacitives).

Scope

Ce sujet couvre les condensateurs électrochimiques : la capacité de double couche résultant de l'accumulation de charge électrostatique sur des électrodes à grande surface spécifique, la pseudocapacité issue de réactions redox de surface rapides, les matériaux utilisés tels que les carbones poreux et les oxydes métalliques, ainsi que les caractéristiques énergétiques et de puissance qui en résultent. Il explique la position des supercondensateurs entre les condensateurs conventionnels et les batteries.

Core questions

• En quoi le stockage de charge dans la double couche électrique diffère-t-il du stockage de charge dans une batterie ?
• Qu'est-ce que la pseudocapacité et comment augmente-t-elle la charge stockée ?
• Pourquoi les supercondensateurs atteignent-ils une puissance très élevée et une durée de vie exceptionnelle ?
• Quels matériaux maximisent la surface accessible et la capacité ?

Key theories

Stockage de charge en double couche

La charge est stockée physiquement par l'accumulation d'ions à l'interface électrode-électrolyte sur une surface énorme, sans réaction chimique en vrac, permettant une charge et une décharge rapides et hautement réversibles.

Pseudocapacité

Des réactions redox rapides et réversibles en surface ou près de la surface sur des matériaux tels que les oxydes de métaux de transition stockent une charge supplémentaire avec une réponse de type condensateur, augmentant la densité énergétique au-delà du stockage pur en double couche.

Clinical relevance

Les supercondensateurs fournissent des décharges de puissance rapides et la récupération d'énergie de freinage régénératif dans les véhicules, l'alimentation de secours et l'équilibrage de charge, et sont de plus en plus associés à des batteries dans des systèmes hybrides où leur puissance élevée et leur longue durée de vie complètent la densité énergétique des batteries.

History

Le concept de condensateur à double couche remonte au modèle d'interface de Helmholtz au XIXe siècle ; les dispositifs commerciaux sont apparus à partir des années 1970, et les travaux de Conway ont formalisé la pseudocapacité, les carbones et oxydes nanostructurés ayant entraîné des gains de capacité majeurs dans les années 2000.

Key figures

• Brian E. Conway
• Hermann von Helmholtz
• Yury Gogotsi
• Patrice Simon

Seminal works

• winter2004
• simon2008
• conway1999

Frequently asked questions

Pourquoi les supercondensateurs se chargent-ils beaucoup plus rapidement que les batteries ?

Ils stockent la charge en accumulant physiquement des ions à la surface de l'électrode plutôt que par des réactions chimiques lentes en vrac, de sorte que la charge et la décharge sont principalement limitées par le mouvement des ions et se produisent en quelques secondes.

Pourquoi les supercondensateurs ne remplacent-ils pas simplement les batteries ?

Le stockage de charge en surface contient beaucoup moins d'énergie par unité de masse que la chimie redox en vrac, de sorte que les supercondensateurs offrent une puissance élevée mais une faible densité énergétique et seraient trop volumineux pour la plupart des applications nécessitant une énergie soutenue.