Les supercondensateurs peuvent-ils remplacer les batteries des voitures électriques?

Les voitures électriques et hybrides sont solidement ancrées dans l'esprit des automobilistes modernes, comme une nouvelle étape dans l'évolution des véhicules. Si l'on considère ces voitures par rapport aux modèles équipés d'ICE, elles ont leurs avantages et leurs inconvénients.

Les avantages incluent toujours le fonctionnement silencieux, ainsi que l'absence de pollution pendant le trajet (bien qu'aujourd'hui la fabrication d'une batterie pour une voiture électrique pollue l'environnement plus de 30 ans de fonctionnement d'un seul moteur diesel).

Le principal inconvénient des véhicules électriques est la nécessité de charger la batterie. Parallèlement à cela, les principaux constructeurs automobiles développent différentes options, comme pour augmenter la durée de vie de la batterie et augmenter l'intervalle entre les charges. L'une de ces options est l'utilisation de supercondensateurs.

Considérez cette technologie en utilisant l'exemple d'une nouvelle industrie automobile - Lamborghini Sian. Quels sont les avantages et les inconvénients de cette évolution ?

Nouveau sur le marché des voitures électriques

Lorsque Lamborghini commencera à déployer un hybride, vous pouvez être assuré qu'il ne s'agira pas seulement d'une version plus puissante de la Toyota Prius.

Sian, le début d'une entreprise italienne dans le domaine de l'électrification, est la première voiture hybride produite en série (jusqu'à 63 exemplaires), dans laquelle des supercondensateurs sont utilisés à la place des batteries lithium-ion.

De nombreux physiciens et ingénieurs pensent que c'est en eux, et non dans les batteries lithium-ion, que réside la clé de la mobilité électrique de masse. Sian l'utilise pour stocker l'électricité et, si nécessaire, la fournir à son petit moteur électrique.

Avantages des supercondensateurs

Par rapport aux batteries les plus modernes, les supercondensateurs chargent et libèrent l'énergie beaucoup plus rapidement. De plus, ils peuvent supporter beaucoup plus de cycles de charge et de décharge sans perte de capacité.

Dans le cas de Sian, le supercondensateur entraîne un moteur électrique de 25 kilowatts, qui est intégré dans la boîte de vitesses. Il peut soit fournir une augmentation supplémentaire du V6,5 ICE de 12 litres d'une capacité de 785 chevaux, soit conduire une voiture de sport seule lors des manœuvres à basse vitesse, par exemple lors du stationnement.

Comme la charge est très rapide, cet hybride n'a pas besoin d'être connecté à une prise murale ou à une station de charge. Les supercondensateurs sont entièrement chargés chaque fois que la voiture ralentit. Les hybrides à batterie ont également une récupération d'énergie de freinage, mais elle est lente et ne contribue que partiellement à augmenter le kilométrage électrique.

Le supercondensateur a un autre très gros atout : le poids. Dans la Lamborghini Sian, l'ensemble du système - le moteur électrique plus le condensateur - n'ajoute que 34 kilogrammes au poids. Dans ce cas, l'augmentation de puissance est de 33,5 chevaux. A titre de comparaison, la batterie de Renault Zoe seule (avec 136 chevaux) pèse environ 400kg.

Inconvénients des supercondensateurs

Bien sûr, les supercondensateurs ont aussi des inconvénients par rapport aux batteries. Au fil du temps, ils accumulent de l'énergie bien pire - si Sian n'a pas roulé pendant une semaine, il ne reste plus d'énergie dans le condensateur. Mais il existe aussi des solutions possibles à ce problème. Lamborghini travaille avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT) pour créer un modèle purement électrique basé sur des supercondensateurs, le fameux concept Terzo Millenio (Third Millennium).

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Soit dit en passant, Lamborghini, qui est sous les auspices du groupe Volkswagen, n'est pas la seule entreprise à expérimenter dans ce domaine. Les modèles hybrides Peugeot utilisent des supercondensateurs depuis des années, tout comme les modèles à pile à combustible à hydrogène de Toyota et Honda. Les constructeurs chinois et coréens les installent dans des bus et des camions électriques. Et l'année dernière, Tesla a acheté Maxwell Electronics, l'un des plus grands fabricants de supercondensateurs au monde, un signe certain qu'au moins Elon Musk croit en l'avenir de la technologie.

7 faits clés pour comprendre les supercondensateurs

1 Fonctionnement des piles

La technologie des batteries est l'une des choses que nous tenons depuis longtemps pour acquises sans penser à son fonctionnement. La plupart des gens imaginent que lors de la charge, nous « versons » simplement de l'électricité dans la batterie, comme de l'eau dans un verre.

Mais une batterie ne stocke pas directement l'électricité, mais ne la génère qu'en cas de besoin par une réaction chimique entre deux électrodes et un fluide (le plus souvent) les séparant, appelé électrolyte. Dans cette réaction, les produits chimiques qu'il contient sont convertis en d'autres. Au cours de ce processus, de l'électricité est générée. Lorsqu'ils sont complètement convertis, la réaction s'arrête - la batterie est déchargée.

Cependant, avec les batteries rechargeables, la réaction peut également se produire dans le sens opposé - lorsque vous la chargez, l'énergie déclenche le processus inverse, qui restaure les produits chimiques d'origine. Cela peut se répéter des centaines ou des milliers de fois, mais il y a inévitablement des pertes. Au fil du temps, des substances parasites s'accumulent sur les électrodes, ce qui limite la durée de vie de la batterie (généralement 3000 5000 à XNUMX XNUMX cycles).

2 Comment les condensateurs

Aucune réaction chimique ne se produit dans le condensateur. Les charges positives et négatives sont produites exclusivement par l'électricité statique. À l'intérieur du condensateur se trouvent deux plaques métalliques conductrices séparées par un matériau isolant appelé diélectrique.

La charge est très similaire à frotter une balle dans un pull en laine afin qu'elle colle à l'électricité statique. Des charges positives et négatives s'accumulent dans les plaques, et le séparateur qui les empêche d'entrer en contact est en fait un moyen de stockage d'énergie. Un condensateur peut être chargé et déchargé même un million de fois sans perte de capacité.

3 Que sont les supercondensateurs

Les condensateurs conventionnels sont trop petits pour stocker de l'énergie - généralement mesurée en microfarads (millions de farads). C'est pourquoi les supercondensateurs ont été inventés dans les années 1950. Dans leurs plus grandes variantes industrielles, fabriquées par des sociétés telles que Maxwell Technologies, la capacité atteint plusieurs milliers de farads, soit 10 à 20 % de la capacité d'une batterie lithium-ion.

4 Fonctionnement des supercondensateurs

Contrairement aux condensateurs conventionnels, il n'y a pas de diélectrique. Au lieu de cela, les deux plaques sont immergées dans un électrolyte et séparées par une très fine couche isolante. La capacité d'un supercondensateur augmente en fait à mesure que la surface de ces plaques augmente et que la distance entre elles diminue. Pour augmenter leur surface, ils sont actuellement recouverts de matériaux poreux tels que les nanotubes de carbone (si minuscules que 10 milliards d'entre eux tiennent dans un cmXNUMX). Le séparateur ne peut avoir qu'une seule molécule d'épaisseur avec une couche de graphène.

Pour comprendre la différence, il est préférable d'imaginer l'électricité comme de l'eau. Dans ce cas, un simple condensateur ressemblera à une serviette en papier, qui peut absorber une quantité limitée. Un supercondensateur est une éponge de cuisine dans l'exemple.

5 piles: avantages et inconvénients

Les batteries ont un avantage significatif - une densité d'énergie élevée, qui leur permet de stocker des quantités d'énergie relativement importantes dans un petit réservoir.

Cependant, ils présentent également de nombreux inconvénients - poids élevé, durée de vie limitée, charge lente et libération d'énergie relativement lente. De plus, des métaux toxiques et d'autres substances dangereuses sont utilisés pour leur production. Les batteries ne sont efficaces que sur une plage de température étroite, elles doivent donc souvent être refroidies ou chauffées, ce qui réduit leur efficacité élevée.

6 supercondensateurs: avantages et inconvénients

Les supercondensateurs sont beaucoup plus légers que les batteries, leur durée de vie est incomparablement plus longue, ils ne nécessitent aucune substance dangereuse, ils se chargent et libèrent de l'énergie presque instantanément. Comme ils n'ont presque pas de résistance interne, ils ne consomment pas d'énergie pour fonctionner - leur efficacité est de 97 à 98 %. Les supercondensateurs fonctionnent sans écarts significatifs dans toute la plage de -40 à +65 degrés Celsius.

L'inconvénient est qu'ils stockent beaucoup moins d'énergie que les batteries lithium-ion.

7 Nouveaux matériaux

Même les supercondensateurs modernes les plus avancés ne peuvent pas remplacer complètement les batteries des véhicules électriques. Mais de nombreux scientifiques et entreprises privées s'efforcent de les améliorer. Par exemple, au Royaume-Uni, Superdielectrics travaille avec des matériaux créés à l'origine pour la fabrication de lentilles de contact.

Skeleton Technologies travaille avec du graphène, une forme allotropique de carbone. Une couche d'un atome d'épaisseur est 100 fois plus résistante que l'acier à haute résistance, et seulement 1 gramme peut couvrir 2000 32 mètres carrés. L'entreprise a installé des supercondensateurs au graphène dans des camionnettes diesel conventionnelles et a réalisé XNUMX % d'économies de carburant.

Malgré le fait que les supercondensateurs ne peuvent toujours pas remplacer complètement les batteries, il existe aujourd'hui une tendance positive dans le développement de cette technologie.

Questions et réponses

Comment fonctionne un supercondensateur ? Il fonctionne de la même manière qu'un condensateur haute capacité. Dans celui-ci, l'électricité est accumulée en raison de l'électricité statique pendant la polarisation de l'électrolyte. Bien qu'il s'agisse d'un appareil électrochimique, aucune réaction chimique n'a lieu.

A quoi sert un supercondensateur ? Les supercondensateurs sont utilisés pour stocker l'énergie, les moteurs de démarrage, dans les véhicules hybrides, comme sources de courant à court terme.

En quoi un supercondensateur est-il différent des différents types de batteries ? La batterie est capable de générer de l'électricité par elle-même grâce à une réaction chimique. Le supercondensateur n'accumule que l'énergie libérée.

Où est utilisé le supercondensateur ? Les condensateurs de faible capacité sont utilisés dans les flashes (entièrement déchargés) et dans tout système nécessitant un grand nombre de cycles de décharge/charge.