Un supercondensateur est un condensateur de technique particulière permettant d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) intermédiaire entre les batteries et les condensateurs électrolytiques classiques.
Ces composants permettent donc de stocker une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'énergie intermédiaire entre ces deux modes de stockage, et de la restituer plus rapidement qu'une batterie.
La majorité des supercondensateurs commercialisés sont réalisés selon le procédé double couche électrochimique d'où le sigle anglosaxon EDLC (electrochemical double layer capacitator).
Le supercondensateur (Un supercondensateur est un condensateur de technique particulière permettant d'obtenir une...) est constitué de deux électrodes poreuses, généralement en charbon actif et imprégnées d'électrolyte, qui sont séparées par une membrane isolante et poreuse (pour assurer la conduction ionique). La couche double électrique se développe sur chaque interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface...) électrode-électrolyte, de sorte que l'on peut voir schématiquement un supercondensateur comme l'association série de deux condensateurs, l'un à l'électrode positive et l'autre à l'électrode négative. La mobilité des anions, beaucoup moins hydratés, est plus grande que celles des cations. Ils se déplacent plus facilement dans la structure du charbon actif et forment une couche d'épaisseur plus faible, de sorte que l'on observe une valeur de capacité d'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la...) supérieure à celle de cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction...). En raison des lois d'association des condensateurs, la capacité de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) en série est toujours inférieure à la plus faible de ces deux capacités.
On sait que la capacité d'un condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de...) est essentiellement déterminée par la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) des armatures (surface spécifique S et distance e) et de la nature du ou des isolants (le diélectrique). La formule suivante est souvent utilisée pour en estimer la valeur :
Ici, les molécules de solvant (Un solvant (également nommé en suisse romande thinner pour les solvants puissant) est un...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) jouent le rôle de diélectrique (de permittivité (La permittivité, plus précisément permittivité diélectrique, est une...) ε). Cela correspond à une faible épaisseur e d'isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes....) (inférieure au nanomètre) ce qui entraîne que la capacité par unité de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de ces composants est élevée : de 0,1 F. m-2 à 0,3 F. m-2
D'autre part, grâce à l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'un dépôt de charbon actif sur un film en aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) qui présente des surfaces spécifiques S typiques de 2 000 à 3 000 m2 par gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et...), la surface de contact entre électrode et électrolyte est immense, ce qui permet d'obtenir des valeurs de capacité considérables.
La tenue en tension (La tension est une force d'extension.) est limitée par la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) du solvant organique. Elle est actuellement de l'ordre de 2,5 V.
Les supercondensateurs sont commercialisés sous différents noms et sous différentes appellations commerciales :
Pile à combustible | Batterie | Supercondensateur | Condensateur électrolytique | |
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Densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) (W/kg) | 120 | 150 | 1 000 - 5 000 | 100 000 |
Densité d'énergie (Wh/kg) | 150 - 1500 | 50 -1500 | 4-6 | 0,1 |
Concernant les densités d'énergie, elles sont comprises entre 0,5 et 10 Wh/kg pour les supercondensateurs du commerce. L'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) du MIT en a réalisé un atteignant 30 Wh/kg, les firmes japonaises Advanced Capacitor Technologies et JEOL annoncent avoir développé un supercondensateur d'une densité d'énergie de 20 Wh/kg, tandis que la société EEStor affirme que ses prochains produits offriront une densité de plus 300 Wh/kg.