Un ensemble supercondensateur-batterie capable de changer la donne sur le marché des véhicules hybrides
Publié par Redbran le 16/02/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS

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Un projet financé par l'UE a dévoilé un nouveau dispositif destiné aux véhicules hybrides qui combine la haute densité énergétique des batteries lithium-ion à la charge rapide et au taux d'auto-décharge des supercondensateurs.

Les véhicules hybrides sont depuis longtemps présentés comme des alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) durables aux véhicules classiques dans la mesure où ils consomment beaucoup moins de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la...) fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le...) et produisent bien moins de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des...). Malgré leur potentiel prometteur, le type de batterie qu'ils requièrent limite leur adoption par le marché.

Les batteries plomb-acide qui ont été utilisées pendant des décennies dans les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle...) sont économiques, fiables et leur performance a été démontrée. Cependant, de nouvelles technologies de batteries et des normes anti-pollution plus strictes sur les émissions de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2....), ainsi que l'interdiction de l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) dangereux, ont conduit à une nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un emprunt au grec ancien...) réduction de leur utilisation.

L'objectif du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) LEFAPO financé par l'UE était de proposer une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de remplacement de ces batteries plomb-acide qui font partie de notre quotidien depuis plus de 150 ans. "Du fait de leur coût réduit et de courants de démarrage élevés les batteries plomb-acide restent très demandées pour les démarreurs de voitures y compris pour les véhicules électriques. Elles s'avèrent toutefois très lourdes par rapport à la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) qu'elles stockent ce qui constitue un gros inconvénient pour les applications mobiles" explique Josef Tichánek responsable du développement commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.) chez Olife Corporation.

Les avantages des supercondensateurs

Les supercondensateurs peuvent stocker plus de charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) que les condensateurs classiques. La grande surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) des électrodes au charbon actif associée à la distance extrêmement faible séparant les deux couches confèrent au dispositif la capacitance de sortie la plus élevée.

Les applications des supercondensateurs ne cessent de se développer dans le secteur des transports (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre.). Leurs taux de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu...) et d'auto-décharge sont spectaculaires comparés à ceux des batteries. Cela s'explique par le fait que l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail...) soit stockée par voie électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) et non sous la forme d'énergie chimique liée comme c'est le cas dans les batteries classiques.

Défauts et solution hybride

Bien que les supercondensateurs offrent une capacitance élevée et la capacité de recharger des voitures hybrides en quelques secondes, certaines de leurs propriétés sont par essence indésirables. Les supercondensateurs présentent une caractéristique appelée l'auto-décharge, qui implique qu'ils ne sont pas vraiment en mesure de contenir beaucoup d'énergie sur un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) long. Par ailleurs, leur faible densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) énergétique (la quantité d'énergie qu'ils peuvent stocker par kilogramme) les désavantage fortement par rapport aux batteries plomb-acide ou lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On distingue la technologie Lithium métal où...).

Le projet LEFAPO est parvenu à tirer parti de toute la capacité des supercondensateurs, au moins pour des applications liées aux véhicules électriques, en les associant à des batteries lithium-ion. Le résultat est un dispositif présentant une densité énergétique supérieure à celle d'un supercondensateur (Un supercondensateur est un condensateur de technique particulière permettant d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie intermédiaire entre les batteries et les condensateurs électrolytiques...) mais sans ses caractéristiques d'auto-décharge, et réalisant plus de cycles charge-décharge qu'une batterie lithium-ion.

"Associer des cellules au lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) à des supercondensateurs est la toute dernière technologie des véhicules hybrides. Les supercondensateurs peuvent absorber rapidement l'énergie électrique générée lors d'un événement de freinage et la stocker dans la batterie pour un usage ultérieur. La rapidité à laquelle il faut que cela puisse se produire est difficile à obtenir uniquement à partir de technologies plomb-acide et même à base de lithium", souligne Josef Tichánek. Avec sa capacité à stocker rapidement de l'énergie, ce système hybride est idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la...) pour des dispositifs marche-arrêt.

"La nouvelle technologie de Olife est conçue pour fournir 10 ans de service, ce qui représente le double de la durée de vie (La vie est le nom donné :) d'une batterie plomb-acide", ajoute Josef Tichánek. Qui plus est, ce dispositif est 50 % plus léger et permet un chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) plus rapide, environ trois fois plus rapide, que son homologue.

"Notre objectif était de mettre au point (Graphie) une batterie de démarrage à la pointe de la technologie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est...) qui soit sure et réponde aux exigences à la fois écologiques et techniques des véhicules modernes. Cette batterie peut être utilisée telle quelle ou être adaptée aux besoins des marchés cibles", conclut Josef Tichánek. Et, point important, la batterie ne contient absolument pas de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.), ni aucun autre matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières...) toxique.

Pour plus d'information voir: projet LEFAPO
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