Une introduction aux supercondensateurs

Le condensateur est un composant passif à deux bornes, largement utilisé en électronique. Presque, tous les circuits que nous trouvons dans l'électronique utilisent un ou plusieurs condensateurs pour divers usages. Les condensateurs sont le composant électronique le plus utilisé après les résistances. Ils ont une capacité particulière à stocker de l'énergie. Il existe différents types de condensateurs disponibles sur le marché, mais ceux qui sont récemment devenus populaires et promettent un remplacement ou une alternative aux batteries à l'avenir, sont les supercondensateurs ou également connus sous le nom d' ultracondensateurs.. Un supercondensateur n'est rien d'autre qu'un condensateur de haute capacité avec des valeurs de capacité beaucoup plus élevées que les condensateurs normaux mais des limites de tension inférieures.Ils peuvent stocker 10 à 100 fois plus d'énergie par unité de volume ou de masse que les condensateurs électrolytiques, peuvent recevoir et délivrer une charge beaucoup plus rapidement que batteries et tolèrent plus de cycles de charge-décharge que les batteries rechargeables.

Les supercondensateurs ou ultracondensateurs sont une nouvelle technologie de stockage d'énergie qui est fortement développée dans les temps modernes. Les supercondensateurs offrent des avantages industriels et économiques importants

La capacité d'un condensateur est mesurée en Farad (F), comme.1uF (microfarad), 1mF (millifarad). Cependant, alors que les condensateurs de valeur inférieure sont assez courants dans l'électronique, des condensateurs de très grande valeur sont également disponibles, qui stockent l'énergie dans une densité beaucoup plus élevée et disponibles dans une valeur de capacité très élevée, allant probablement de Farad.

Dans l'image ci-dessus, une image de super condensateur 2.7V, 1Farad disponible localement est affichée. La tension nominale est beaucoup plus basse mais la capacité du condensateur ci-dessus est assez élevée.

Avantages du super-condensateur ou de l'ultra-condensateur

La demande de supercondensateurs augmente de jour en jour. La raison principale du développement rapide et de la demande est due à de nombreux autres avantages des supercondensateurs, peu d'entre eux sont indiqués ci-dessous:

• Il offre une très bonne durée de vie d'environ 1 million de cycles de charge.
• La température de fonctionnement est de -50 degrés à 70 degrés presque, ce qui le rend approprié pour une utilisation dans des applications grand public.
• Une densité de puissance élevée jusqu'à 50 fois, obtenue grâce à des batteries.
• Les matériaux nocifs, les métaux toxiques ne font pas partie du processus de fabrication des super condensateurs ou des ultracondensateurs, ce qui le rend certifié comme composant jetable.
• C'est plus efficace que les batteries.
• Ne nécessite aucun entretien par rapport aux batteries.

Les supercondensateurs stockent les énergies dans son champ électrique, mais dans le cas des batteries, ils utilisent des composés chimiques pour stocker les énergies. De plus, en raison de sa capacité à charger et à décharger rapidement, les supercondensateurs entrent lentement sur le marché des batteries. Une faible résistance interne avec un rendement très élevé, aucun coût de maintenance, des durées de vie plus élevées sont la principale raison de sa forte demande sur le marché des sources d'énergie modernes.

Énergies dans le condensateur

A énergies de magasin de condensateur sous la forme de Q = C x V. Q représente la charge en coulombs, C la capacité en farads et V la tension en volts. Ainsi, si nous augmentons la capacité, l'énergie stockée Q augmentera également.

L'unité de capacité est Farad (F) qui porte le nom de M. Faraday. Farad est l'unité de capacité par rapport au coulomb / volt. Si nous disons un condensateur avec 1 Farad, alors il créera une différence de potentiel de 1 volt entre ses plaques en fonction de la charge de 1 coulomb.

1 Farad est un condensateur de très grande valeur à utiliser comme composant électronique général. En électronique, généralement, la capacité microfarad à Pico farad est utilisée. Microfarad est notée uF (1 / 1.000.000 Farad ou 10 ^-6 F), nano farad comme nF (1/1000000000 ou 10 ^-9 F) et Pico Farad comme pF (1 / 1.000.000.000.000 OR10 ^-12 F)

Si la valeur devient beaucoup plus élevée, comme mF à quelques Farads (généralement <10F), cela signifie que le condensateur peut contenir beaucoup plus d'énergie entre ses plaques, ce condensateur est appelé Ultra condensateur ou Supercondensateur.

Les énergies stockées dans un condensateur sont E = ½ CV ² Joules. E est l'énergie stockée en joules, C est la capacité en Farad et V est la différence de potentiel entre les plaques.

La construction de

Le supercondensateur est un appareil électrochimique. Fait intéressant, il n'y a pas de réactions chimiques responsables de stocker ses énergies électriques. Elles ont une construction unique, avec une grande plaque ou électrode conductrice, qui sont étroitement situées avec une très petite surface. Sa construction est la même qu'un condensateur électrolytique avec un électrolyte liquide ou humide entre ses électrodes. Vous pouvez en apprendre davantage sur les différents types de condensateurs ici.

Le supercondensateur agit comme un dispositif électrostatique stockant son énergie électrique en tant que champ électrique entre les électrodes conductrices.

Les électrodes, rouges et bleues, sont revêtues double face. Ils sont généralement constitués de carbone graphite sous forme de nanotubes ou de gels de carbone ou d'un type spécial de charbons actifs conducteurs.

Pour bloquer le grand flux d'électrons entre les électrodes et le passage de l'ion positif, une membrane en papier poreux est utilisée. La membrane en papier sépare également les électrodes. Comme on peut le voir sur l'image ci-dessus, la membrane en papier poreux est située au milieu qui est de couleur verte. Les électrodes et le séparateur de papier sont imprégnés d'électrolyte liquide. La feuille d'aluminium est utilisée comme collecteur de courant qui établit la connexion électrique.

La plaque de séparation et la surface des plaques sont responsables de la valeur de capacité du condensateur. La relation peut être notée

Où, Ɛ est la permittivité du matériau présent entre les plaques

A est la surface de la plaque

D est la séparation entre les plaques

Ainsi, en cas de supercondensateur, la surface de contact doit être augmentée, mais il y a une limitation. Nous ne pouvons pas augmenter la forme physique ou la taille du condensateur. Pour surmonter cette limitation, un type spécial d'électrolytes est utilisé pour augmenter la conductivité entre les plaques, augmentant ainsi la capacité.

Les supercondensateurs sont également appelés condensateurs à double couche. Il y a une raison derrière cela. Très petite séparation et grande surface utilisant un électrolyte spécial, la couche superficielle d'ions électrolytiques forme une double couche. Il crée deux constructions de condensateurs, une à chaque électrode de carbone et nommée condensateur à double couche.

Ces constructions présentent un inconvénient. La tension aux bornes du condensateur est devenue très faible en raison de la tension de décomposition de l'électrolyte. La tension dépend fortement du matériau de l'électrolyte, le matériau peut limiter la capacité de stockage d'énergie électrique du condensateur. Ainsi, en raison de la faible tension aux bornes, un supercondensateur peut être connecté en série pour stocker la charge électrique à un niveau de tension utile. Pour cette raison, le supécondensateur en série produit une tension plus élevée que d'habitude et en parallèle, la capacité est devenue plus grande. Cela peut être clairement compris par la technique de construction de réseau de supercondensateurs ci-dessous.

Construction d'un réseau de supercondensateurs

Pour stocker la charge à une tension requise utile, les supercondensateurs doivent être connectés en série. Et pour augmenter la capacité, ils doivent être connectés en parallèle.

Voyons la construction du tableau du supercondensateur.

Dans l'image ci-dessus, la tension de cellule d'une seule cellule ou condensateur est désignée par Cv, tandis que la capacité d'une seule cellule est désignée par Cc. La plage de tension d'un supercondensateur est de 1V à 3V, les connexions en série augmentent la tension et plus de condensateurs en parallèle augmentent la capacité.

Si nous créons le tableau, la tension en série sera

Tension totale = tension de cellule (Cv) x nombre de lignes

Et la capacité en parallèle sera

Capacité totale = capacité de la cellule (Cc) x (nombre de colonnes / nombre de lignes)

Exemple

Nous devons créer un périphérique de stockage de sauvegarde, et pour cela, un super ou supercondensateur 2,5F est requis avec la cote 6V.

Si nous devons créer le tableau en utilisant des condensateurs 1F avec une valeur nominale de 3V, quelle sera la taille du tableau et les quantités de condensateurs?

Tension totale = Tension de cellule x Numéro de ligne Ensuite, Numéro de ligne = 6/3 Numéro de ligne = 2

Signifie que deux condensateurs en série auront une différence de potentiel de 6 V.

Maintenant, la capacité, Capacité totale = capacité de la cellule x (numéro de colonne / numéro de ligne) Ensuite, numéro de colonne = (2,5 x 2) / 1

Donc, nous avons besoin de 2 lignes et 5 colonnes.

Construisons le tableau,

L'énergie totale stockée dans le générateur est

Les supercondensateurs sont bons pour stocker de l'énergie et où une charge ou une décharge rapide est nécessaire. Il est largement utilisé comme dispositif de sauvegarde, où une alimentation de secours ou une décharge rapide est nécessaire. Ils sont en outre utilisés dans les imprimantes, les voitures et divers appareils électroniques potable.