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Les ultracondensateurs pourraient-ils remplacer les batteries des futurs véhicules électriques?

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Les ultracondensateurs sont géniaux. Mais pourraient-ils remplacer de manière viable les batteries des futurs véhicules électriques?

Les ultracondensateurs présentent des avantages significatifs par rapport aux batteries, après tout, ils sont beaucoup plus légers, plus rapides à charger, plus sûrs et non toxiques. Cependant, il existe des zones où les batteries essuient le sol avec elles. Au moins pour l'instant.

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Avec les récentes acquisitions de fabricants d'ultracondensateurs par des sociétés comme Tesla, les ultracondensateurs pourraient être sur le point d'évincer les batteries en tant que source d'énergie incontournable pour les voitures électriques.

Qu'est-ce qu'un ultracondensateur?

Les ultracondensateurs, également appelés supercondensateurs, condensateurs double couche ou condensateurs électrochimiques, sont un type de système de stockage d'énergie qui gagne en popularité ces dernières années. Ils peuvent être considérés comme un croisement entre un condensateur ordinaire et une batterie, mais ils sont différents des deux.

Les ultracondensateurs ont une capacité très élevée par rapport à leurs alternatives traditionnelles - d'où le nom. Tout comme une batterie, les cellules d'ultracondensateurs ont une électrode positive et négative séparées par un électrolyte. Mais contrairement aux batteries, les ultracondensateurs stockent l'énergie de manière électrostatique (de la même manière qu'un condensateur) plutôt que chimiquement comme une batterie.

Les ultracondensateurs ont également un séparateur diélectrique divisant l'électrolyte - tout comme un condensateur. Cette structure cellulaire interne permet aux ultracondensateurs d'avoir une densité de stockage d'énergie très élevée, en particulier par rapport à un condensateur normal.

Les ultracondensateurs stockent moins d'énergie qu'une batterie de taille similaire. Mais ils sont capables de libérer leur énergie beaucoup plus rapidement, car la décharge ne dépend pas d'une réaction chimique en cours.

Un autre grand avantage des ultracondensateurs est qu'ils peuvent être rechargés un grand nombre de fois avec peu ou pas de dégradation (au-delà de 1 million les cycles de charge / décharge n'est pas rare). En effet, aucun changement physique ou chimique ne se produit lors de la recharge.

Pour cette raison, les supercondensateurs sont souvent utilisés dans des applications nécessitant de nombreux cycles de charge / décharge rapides plutôt qu'un stockage d'énergie compact à long terme, comme les booster de voiture et les banques d'alimentation.

Le matériau d'électrode le plus couramment utilisé pour les ultracondensateurs est le carbone sous diverses formes, telles que le charbon actif, le tissu en fibre de carbone, le carbone dérivé du carbure, l'aérogel de carbone, le graphite (graphène) et les nanotubes de carbone (CNT).

Comment charger un ultracondensateur?

Lorsqu'un différentiel de tension est appliqué aux plaques positive et négative du condensateur, il commence à se charger. Selon la Battery University, "Ceci est similaire à l'accumulation de charge électrique lorsque vous marchez sur un tapis. Toucher un objet libère l'énergie à travers le doigt."

Certains des tout premiers exemples de cette technologie ont été développés à la fin des années 1950 chez General Electric, mais il n'existait à l'époque aucune application commerciale viable. Il faudrait attendre les années 90 pour que les progrès de la science des matériaux et de la fabrication améliorent les performances des ultracondensateurs et réduisent suffisamment leur coût pour les rendre commercialement viables.

Comment fonctionnent les ultracondensateurs?

Comme évoqué ci-dessus, les ultracondensateurs fonctionnent en fournissant des rafales d'énergie rapides pendant les périodes de pointe de demande de puissance, puis capturent et stockent rapidement l'énergie excédentaire qui pourrait autrement être perdue.

Pour cette raison, ils sont un excellent complément pour les sources d'énergie primaire, car ils se chargent et se déchargent très rapidement et efficacement.

Bien que les batteries puissent contenir de grandes quantités d'énergie, elles ont tendance à prendre des heures à se recharger. En revanche, les condensateurs, et en particulier les ultracondensateurs, se chargent presque instantanément, mais ils ne peuvent stocker que de petites quantités d'énergie.

Pour cette raison, les ultracondensateurs sont la solution parfaite lorsqu'un système doit se recharger rapidement et n'a pas besoin de stocker de l'électricité pendant de longues périodes. Ils pèsent également moins que les batteries, coûtent moins cher et ne contiennent généralement pas de métaux toxiques ou de matériaux nocifs.

Les ultracondensateurs peuvent-ils remplacer les batteries?

La réponse à cette question dépend beaucoup de ce à quoi ils seront utilisés. Il ya des avantages et des inconvénients pour chacun. Comme mentionné précédemment, les batteries ont une énergie densité que les ultracondensateurs.

Cela signifie qu'ils conviennent mieux aux applications à haute densité d'énergie ou lorsqu'un appareil doit fonctionner pendant de longues périodes avec une seule charge. Les ultracondensateurs ont une Puissance densité que les batteries. Cela les rend idéales pour les applications à forte consommation, telles que l'alimentation d'un véhicule électrique.

Comme mentionné ci-dessus, les ultracondensateurs ont également une durée de vie beaucoup plus longue que les batteries. Une batterie ordinaire peut gérer 2000-3000 cycles de charge et de décharge, tandis que les ultracondensateurs peuvent généralement supporter plus de 1,000,000. Cela peut représenter d'énormes économies de matériaux et de coûts.

Les ultracondensateurs sont également beaucoup plus sûrs et considérablement moins toxiques. Ils ne contiennent pas de produits chimiques nocifs ni de métaux lourds et sont beaucoup moins susceptibles d'exploser que les batteries.

De plus, les ultracondensateurs ont une plage de fonctionnement beaucoup plus grande que les batteries. En fait, ils battent haut la main les batteries dans ce domaine, car ils peuvent fonctionner dans des limites comprises entre -40 à +65 degré Celsius.

Les ultracondensateurs peuvent également être chargés et déchargés beaucoup plus rapidement que les batteries, généralement en quelques secondes, et sont beaucoup plus efficaces en termes d'autodécharge que les batteries.

De nombreux ultracondensateurs ont également une durée de vie beaucoup plus longue que les batteries. Certaines, comme les cellules SkelCap, peuvent être stockées aussi longtemps que 15 années à la fois avec peu ou pas de baisse de capacité.

Comme pour la plupart des technologies, le principal moteur de l'application des ultracondensateurs est leur rapport coût / bénéfice. Les ultracondensateurs ont tendance à être le choix le plus économique à long terme pour les applications nécessitant de courtes rafales d'énergie.

Les batteries, cependant, sont un bien meilleur choix pour les applications qui nécessitent un courant constant et faible dans le temps.

Les ultracondensateurs pourraient-ils remplacer les batteries des futures voitures électriques?

Comme nous l'avons vu, les ultracondensateurs sont les mieux adaptés aux situations où beaucoup d'énergie est nécessaire dans un court laps de temps. En termes de voitures électriques, cela signifierait qu'elles auraient des avantages par rapport aux batteries lorsque le véhicule a besoin de sursauts d'énergie - comme lors d'une accélération.

En fait, c'est exactement ce que Toyota a fait avec le concept-car Yaris Hybrid-R, qui utilise un supercondensateur pour une utilisation lors de l'accélération.

PSA Peugeot Citroën a également commencé à utiliser des ultracondensateurs dans le cadre de ses systèmes d'économie de carburant start-stop. Cela permet une accélération initiale beaucoup plus rapide.

Le système i-ELOOP de Mazda utilise également des ultracondensateurs pour stocker l'énergie pendant la décélération. La puissance stockée est ensuite utilisée pour les systèmes d'arrêt-démarrage du moteur.

Les supercondensateurs sont également utilisés pour recharger rapidement les alimentations électriques des bus hybrides lors de leur passage d'un arrêt à l'autre.

Lorsque l'énergie hybride est utilisée uniquement à des fins de performance, des problèmes tels que l'autonomie et la capacité à maintenir la charge ne sont pas aussi importants - et ainsi certains fabricants haut de gamme, tels que Lamborghini, commencent également à incorporer des moteurs électriques à supercondensateur dans leurs hybrides. .

Cependant, les ultracondensateurs ne remplacent pas encore les batteries de la plupart des véhicules électriques. Les batteries Li-ion seront probablement l'alimentation de choix pour les véhicules électriques dans un avenir proche ou lointain.

Beaucoup pensent qu'il est plus probable que les ultracondensateurs deviendront plus courants en tant que systèmes de régénération d'énergie pendant la décélération. Cette puissance stockée peut alors être réutilisée pendant les périodes d'accélération plutôt que lors des remplacements directs des batteries.

Cependant, selon cette étude, ils pourraient également avoir des applications dans les véhicules hybrides à la place des batteries lorsque, «la demande de puissance est inférieure à la capacité de puissance du moteur électrique; lorsque la demande de puissance du véhicule dépasse celle du moteur électrique, le moteur est utilisé pour répondre à la demande de puissance du véhicule et pour fournir la puissance nécessaire pour recharger l'unité de supercondensateur. "

Des recherches récentes sur les supercondensateurs à base de graphène pourraient également conduire à des progrès dans l'utilisation des supercondensateurs dans les voitures électriques. Une étude menée par des scientifiques de l'Université Rice et de l'Université de technologie du Queensland a abouti à deux articles, publiés dans leJournal des sources d'énergie etNanotechnologie.

Ils ont proposé une solution composée de deux couches de graphène, avec une couche d'électrolyte entre elles. Ce film résultant est solide, mince et capable de libérer de grandes quantités d'énergie en peu de temps.

Ces facteurs sont acquis, c'est un supercondensateur après tout. Ce qui rend cette étude différente, c'est que les chercheurs suggèrent que les nouveaux ultracondensateurs plus minces pourraient remplacer les batteries plus volumineuses des futurs véhicules électriques.

Cela pourrait également inclure l'intégration des ultracondensateurs dans des panneaux de carrosserie, des panneaux de toit, des planchers et même des portes, par exemple. En théorie, cela pourrait fournir au véhicule toute l'énergie dont il a besoin et le rendre considérablement plus léger que les véhicules électriques à batterie.

Un tel véhicule électrique se chargerait également beaucoup plus rapidement que les véhicules à batterie actuels. Mais, comme tous les ultracondensateurs, cette solution ne peut toujours pas contenir autant d'énergie que les batteries standard.

«À l'avenir, on espère que le supercondensateur sera développé pour stocker plus d'énergie qu'une batterie Li-Ion tout en conservant la capacité de libérer son énergie jusqu'à 10 fois plus rapide - ce qui signifie que la voiture pourrait être entièrement alimentée par les supercondensateurs de ses panneaux de carrosserie », a déclaré le co-auteur de l'étude, Jinzhang Liu.

"Après une charge complète, cette voiture devrait pouvoir rouler jusqu'à 500 km (500 kilomètres) - similaire à une voiture à essence et plus du double de la limite de courant d'une voiture électrique. »

Des temps intéressants à venir, semble-t-il. Surveillez cet endroit.


Voir la vidéo: Les prises de recharge de voiture électriques pour les nuls avec Wattsattitude et Éléctron libre (Mai 2022).


Commentaires:

  1. Elsu

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  7. Laren

    Je félicite, cette pensée admirable doit être précisément à dessein



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