Comment un supercondensateur se décharge-t-il ?

Introduction aux supercondensateurs

Différents des sources d'énergie chimiques traditionnelles, les supercondensateurs sont une sorte de source d'énergie dont les propriétés spéciales se situent entre les condensateurs traditionnels et les batteries. Ils s'appuient principalement sur des doubles couches électriques et des pseudocondensateurs redox pour stocker l'énergie électrique. Cependant, aucune réaction chimique ne se produit dans le processus de stockage de l'énergie dans les supercondensateurs. Ce processus de stockage de l'énergie est réversible, et c'est précisément pour cette raison que le supercondensateur peut être chargé et déchargé des centaines de milliers de fois. Les détails spécifiques de la structure du supercondensateur dépendent de l'application et de l'utilisation du supercondensateur. Ces matériaux peuvent varier légèrement en fonction du fabricant ou des besoins spécifiques de l'application. Les condensateurs haute capacité ont en commun de contenir une électrode de cathode, une électrode d'anode et un séparateur entre les deux électrodes, l'électrolyte remplissant les deux pores séparés par les deux électrodes et le séparateur. L'ultracondensateur est composé de matériaux d'électrodes poreux à surface spécifique élevée, de séparateurs de batteries poreux et d'électrolytes. Notre site web contient un autre article les 5 premières entreprises de séparateurs de batterie sur le séparateur de batteries qui vous aide à en savoir plus sur le séparateur de batteries. Le séparateur doit répondre aux conditions d'une conductance ionique aussi élevée que possible et d'une conductance électronique aussi faible que possible. Il s'agit généralement d'un matériau isolant électronique à structure fibreuse, tel qu'un film de polypropylène. Le type d'électrolyte est choisi en fonction des propriétés du matériau d'électrode.

Classification des supercondensateurs

Selon les différents mécanismes de stockage de l'énergie des supercondensateurs, ceux-ci peuvent être divisés en deux catégories : ● Capacité électrique à double couche : En tant que supercondensateur, il est généré par la confrontation des charges causées par l'arrangement directionnel des électrons ou des ions à l'interface entre l'électrode et la solution. Dans le cas d'un système électrode/solution, une double couche électrique se forme à l'interface de l'électrode à conduction électronique et de la solution électrolytique à conduction ionique. Lorsqu'un champ électrique est appliqué aux deux électrodes, les anions et les cations de la solution migrent respectivement vers les électrodes positives et négatives, formant une double couche électrique à la surface des électrodes. Une fois le champ électrique supprimé, les charges positives et négatives des électrodes attirent les ions de charge opposée de la solution pour stabiliser la double couche électrique, ce qui se traduit par une différence de potentiel relativement stable entre les électrodes positives et négatives. À ce moment-là, pour une certaine électrode, une charge ionique anisotrope équivalente à la charge de l'électrode sera générée sur une certaine distance (couche de dispersion), de sorte qu'elle maintient la neutralité électrique. Lorsque les deux pôles sont connectés au circuit externe, les charges sur les électrodes migrent pour générer un courant dans le circuit externe, et les ions dans la solution migrent dans la solution pour être électriquement neutres. C'est le principe de charge et de décharge du condensateur électrique à double couche. ● la quasi-capacité de Faraday : En tant que supercondensateur, son modèle théorique a été proposé pour la première fois par Conway. Il s'agit d'un dépôt souspotentiel de substances électroactives à la surface de l'électrode et près de la surface ou dans un espace bidimensionnel ou quasi bidimensionnel en phase de masse, et une désorption chimique hautement réversible et des réactions REDOX se produisent pour générer une capacité liée au potentiel de charge de l'électrode. Pour les quasi-condensateurs de Faraday, le processus de stockage des charges comprend non seulement le stockage sur la double couche électrique, mais aussi les réactions d'oxydoréduction entre les ions de l'électrolyte et les matériaux actifs de l'électrode. Lorsque les ions de l'électrolyte (tels que H+, OH-, K+ ou Li+) diffusent de la solution vers l'électrode ou l'interface de la solution sous l'action d'un champ électrique externe, ils pénètrent dans la phase de masse de l'oxyde actif à la surface de l'électrode par le biais de la réaction REDOX à l'interface, de sorte qu'une grande quantité de charge est stockée dans l'électrode. Lors de la décharge, ces ions pénétrant dans l'oxyde retourneront dans l'électrolyte par la réaction inverse de la réaction REDOX ci-dessus, et en même temps, la charge stockée sera libérée par le circuit externe, ce qui constitue le mécanisme de charge et de décharge du quasi-condensateur de Faraday.

Avantages et inconvénients du supercondensateur

Avantages du supercondensateur

● La capacité du niveau Farad peut être atteinte dans un petit volume ; ● Il n'est pas nécessaire d'avoir un circuit de charge spécial et un circuit de décharge de contrôle ; ● Par rapport aux batteries, la surcharge et la décharge excessive n'auront pas d'impact négatif sur sa durée de vie ; ● Considérant du point de vue de la protection de l'environnement, il s'agit d'une énergie verte ; ● Le supercondensateur peut être soudé, il n'y a donc pas de problème tel que le faible contact des batteries.

Inconvénients du supercondensateur

● Une utilisation incorrecte peut entraîner des fuites d'électrolyte et d'autres phénomènes ; ● Par rapport aux condensateurs électrolytiques en aluminium, sa résistance interne est plus importante, de sorte qu'il ne peut pas être utilisé dans les circuits à courant alternatif.

La raison pour laquelle les supercondensateurs sont appelés "ultra"

Un supercondensateur peut être considéré comme deux plaques d'électrodes poreuses inactives suspendues dans un électrolyte. Lorsque la plaque est alimentée, la plaque cathodique attire les ions anodiques de l'électrolyte, et la plaque anodique attire les ions cathodiques, ce qui forme en fait deux couches de stockage capacitives. Les ions cathodiques séparés se trouvent près de la plaque négative et les ions anodiques près de la plaque cathodique. On peut considérer ces deux couches comme deux plaques d'électrodes poreuses inactives suspendues dans un électrolyte. Lorsque la plaque est alimentée, la plaque cathodique attire les ions anodiques dans l'électrolyte, et la plaque anodique attire les ions cathodiques, ce qui forme en fait deux couches de stockage capacitives. Les ions cathodiques séparés sont proches de la plaque anodique et les ions anodiques sont proches de la plaque cathodique. L'ultracondensateur stocke l'énergie dans les charges séparées, et plus la surface utilisée pour stocker les charges est grande et plus les charges séparées sont denses, plus la capacité est élevée. Par rapport au supercondensateur, la surface des condensateurs traditionnels est la surface plane du conducteur. Afin d'obtenir une plus grande capacité, le matériau du conducteur est laminé pendant une longue période et, parfois, une structure spéciale est utilisée pour augmenter sa surface. Dans les condensateurs traditionnels, des matériaux isolants sont utilisés pour séparer les deux plaques polaires, généralement des films plastiques, du papier, etc. Ces matériaux doivent généralement être aussi fins que possible. La surface du supercondensateur est basée sur un matériau en carbone poreux dont la structure poreuse lui permet d'atteindre une surface de 2000 m2/g, certaines mesures permettant d'obtenir une surface plus importante. La distance qui sépare les charges du supercondensateur est déterminée par la taille des ions de l'électrolyte attirés par les électrodes chargées. Cette distance (<10 Å) est inférieure à celle que l'on peut obtenir avec les matériaux conventionnels des films de condensateurs. L'énorme surface combinée à la très petite distance de séparation des charges fait que le condensateur ultra possède une capacité électrostatique étonnamment grande par rapport au condensateur traditionnel, ce qui est aussi son "ultra".

Contrôle de la décharge d'un supercondensateur

La résistance des supercondensateurs les empêche de se décharger rapidement. La constante de temps τ des supercondensateurs est comprise entre 1 et 2 secondes. Il faut environ 5τ pour que les circuits résistifs et capacitifs se déchargent complètement, ce qui signifie qu'il faut environ 5 à 10 secondes pour qu'un court-circuit se décharge (en raison de la structure spéciale des électrodes, il faut en fait plusieurs heures pour décharger complètement la charge résiduelle). Les ultracondensateurs peuvent être chargés et déchargés rapidement, le courant de crête n'est limité que par leur résistance interne, et même un court-circuit n'est pas fatal. En fait, tout dépend de la taille de la cellule du condensateur. Pour des charges équivalentes, le petit condensateur peut fournir 10 A, et le grand condensateur peut fournir 1000 A. La chaleur est une autre condition limitant la vitesse de décharge. Une décharge répétée à un rythme agressif augmentera la température du condensateur et conduira finalement à un circuit ouvert.