Qu’est-ce qu’un condensateur électrique à double couche ?
Un condensateur électrique à double couche est un condensateur qui utilise la double couche électrique formée à l’interface entre l’électrode et l’électrolyte pour stocker une charge électrique. Cela se caractérise par une densité d’énergie particulièrement élevée. En raison de leur densité énergétique élevée, ils sont souvent comparés aux batteries rechargeables telles que les batteries nickel-hydrure métallique et les batteries lithium-ion. Toutefois, alors que les batteries impliquent une réaction chimique lors de la charge et de la décharge, les condensateurs électriques à double couche n’adsorbent qu’une charge physique et n’impliquent pas de réaction chimique.
Pour cette raison, les condensateurs électriques à double couche sont inférieurs aux batteries rechargeables en termes de densité énergétique, la quantité d’énergie qui peut être stockée par unité de poids ou de volume. En revanche, ils ont l’avantage de la densité de sortie, la quantité de puissance instantanée qui peut être extraite, et d’une dégradation extrêmement faible des performances due à des charges et décharges répétées.
Utilisations des condensateurs électriques à double couche
Les condensateurs électriques à double couche sont utilisés comme dispositifs de stockage d’énergie. Alors que les batteries rechargeables conviennent aux utilisations qui nécessitent beaucoup d’énergie, les condensateurs électriques à double couche sont choisis lorsqu’une charge et une décharge rapides sont nécessaires et que la durabilité est requise.
Ils sont notamment utilisés dans les alimentations de secours pour les circuits électroniques des appareils mobiles, etc., les imprimantes, les photocopieurs, les brosses à dents électriques et les montres à énergie solaire. Ils sont également utilisés dans le système d’alimentation robotique de la sonde astéroïde Hayabusa et dans la régénération d’énergie lors de la décélération des véhicules.
Principe des condensateurs électriques à double couche
Les condensateurs électrolytiques à double couche utilisent la double couche électrique générée à l’interface des matériaux actifs pour fabriquer le condensateur. La capacité C est définie par la formule “C=εS/d” et, à partir de cette formule, les mesures suivantes sont nécessaires pour augmenter la capacité C :
- Augmenter la surface (S) du matériau actif.
- Réduire l’épaisseur de la double couche électrique (d).
- La constante diélectrique (ε) de l’électrolyte doit être augmentée.
L’électrolyte est constitué d’électrolytes tels que les sels d’ammonium quaternaire et les sels d’imidazolium dissous dans des solvants organiques, tandis que le charbon actif est utilisé comme matériau actif pour les électrodes positives et négatives, et les mesures suivantes sont nécessaires pour augmenter la capacité C :
- Utiliser du charbon actif à grande surface (petites particules).
- Utiliser des électrolytes à faible rayon ionique.
- Utiliser des solvants organiques ayant une constante diélectrique élevée.
La charge et la décharge des condensateurs utilisent l’effet d’une augmentation de la charge à l’interface entre l’électrolyte et les électrodes par paires lorsque les ions positifs et négatifs de l’électrolyte sont adsorbés sur les électrodes respectives. Lorsque la charge stockée est déchargée, les ions sont désorbés de la double couche électrique. Les condensateurs électriques à double couche peuvent être cylindriques ou empilés. Le type cylindrique présente l’avantage d’être facile à produire, car l’électrode positive, l’électrode négative et le séparateur sont simplement empilés, enroulés et placés dans un cylindre, puis remplis d’électrolyte.
Autres informations sur les condensateurs électriques à double couche
1. Durée de vie des condensateurs électriques à double couche
Contrairement aux batteries, les condensateurs électriques à double couche ne subissent pas de réaction chimique pendant la charge et la décharge. C’est pourquoi, alors que la capacité d’une batterie rechargeable diminue considérablement par rapport au stade initial après environ 1 000 cycles, les performances d’un condensateur électrique à double couche sont censées, en principe, ne pas se détériorer, même après 1 million de cycles de charge-décharge. En réalité, la capacité des condensateurs électriques à double couche diminue en raison des facteurs suivants :
- Lors de la charge et de la décharge, le condensateur génère de la chaleur en raison de la résistance interne, ce qui entraîne une détérioration due à l’augmentation de la température, d’où une diminution de la capacité.
- Le taux de dégradation double lorsque la température de l’environnement de fonctionnement augmente de 10°C. (dans un environnement de fonctionnement de 70°C ou moins).
- L’électrolyte se décompose lorsque le condensateur est soumis à une tension supérieure à la limite supérieure de tension de fonctionnement.
Lors de l’utilisation de condensateurs électriques à double couche, il est nécessaire de prendre en compte l’effet sur la durée de vie.Il faut être vigilant quant à l’augmentation de la température et à la polarisation de la tension et du courant lorsqu’ils sont utilisés en série ou en parallèle.
2. Inconvénients des condensateurs électriques à double couche
Les inconvénients des condensateurs électriques à double couche sont les suivants :
Séchage
Ce phénomène se produit lorsque l’électrolyte s’évapore vers l’extérieur de l’encapsulation du condensateur électrique à double couche. Cet inconvénient peut être supprimé en utilisant un électrolyte ayant un point d’ébullition élevé et en réduisant la section d’étanchéité.
Fuite de liquide
Des fuites de liquide peuvent se produire en raison de la détérioration du joint en caoutchouc butyle. L’on peut y remédier en réduisant la taille de la section d’étanchéité afin d’empêcher l’humidité, qui entraîne la détérioration du caoutchouc, de pénétrer à l’intérieur.
Ne peut être utilisé dans des circuits de courant alternatif
Le produit est destiné à un usage électrique secondaire tel que l’alimentation de secours dans les circuits CC et ne peut pas être utilisé dans les circuits CA.