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

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Les voitures électriques et hybrides sont fermement ancrées dans l'esprit de l'automobiliste moderne en tant que nouveau cycle dans l'évolution des véhicules. Par rapport aux modèles équipés d'ICE, ces véhicules ont leurs propres avantages et inconvénients.

Les avantages incluent toujours un fonctionnement silencieux, ainsi que l'absence de pollution pendant la conduite (bien qu'aujourd'hui, fabriquer une batterie pour un véhicule 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 recharger la batterie. Dans ce contexte, les principaux constructeurs automobiles développent diverses options 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 prenant l'exemple d'une nouveauté dans l'industrie automobile - Lamborghini Sian. Quels sont les avantages et les inconvénients de cette évolution?

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

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Lorsque Lamborghini lance un hybride, vous pouvez être sûr que ce ne sera pas seulement une version plus puissante. Toyota Prius.

Sian, le premier constructeur italien d'électrification, est la première voiture hybride de série (63 unités) à utiliser des supercondensateurs au lieu de batteries lithium-ion.

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

De nombreux physiciens et ingénieurs pensent qu'ils détiennent la clé de la mobilité électrique de masse, plutôt que des batteries lithium-ion. Sian les utilise pour stocker l'électricité et, si nécessaire, la fournir à son petit moteur électrique.

Les avantages des supercondensateurs

Les supercondensateurs se chargent et libèrent de l'énergie beaucoup plus rapidement que la plupart des batteries modernes. De plus, ils peuvent supporter beaucoup plus de cycles de charge et de décharge sans perdre de capacité.

Dans le cas de Sian, le supercondensateur entraîne un moteur électrique de 25 kilowatts intégré à la boîte de vitesses. Il peut soit fournir un coup de pouce supplémentaire au moteur à combustion interne V6,5 de 12 litres de 785 chevaux, soit conduire la voiture de sport seule lors de manœuvres à basse vitesse telles que le stationnement.

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

Comme la charge est très rapide, cet hybride n'a pas besoin d'être branché sur une prise murale ou une station de charge. Les supercondensateurs sont complètement chargés chaque fois que le véhicule freine. Les hybrides à batterie ont également une récupération d'énergie au freinage, mais elle est lente et ne contribue que partiellement à étendre l'autonomie électrique.

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

Inconvénients des supercondensateurs

Bien entendu, les supercondensateurs présentent également des inconvénients par rapport aux batteries. Au fil du temps, ils accumulent de l'énergie bien pire - si Sian n'a pas voyagé pendant une semaine, il ne reste plus d'énergie dans le condenseur. Mais il existe également des solutions possibles à ce problème. Lamborghini travaille avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT) pour créer un modèle électrique pur basé sur des supercondensateurs, le célèbre concept Terzo Millenio (troisième millénaire).

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À propos, Lamborghini, qui est parrainée par le groupe Volkswagen, n'est pas la seule entreprise à expérimenter dans ce domaine. Les modèles hybrides de Peugeot utilisent des supercondensateurs depuis de nombreuses années, tout comme les modèles de piles à hydrogène de Toyota et Toyota. Honda... Les fabricants 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 mondiaux de supercondensateurs - un signe certain qu'au moins Elon Musk a confiance en l'avenir de la technologie.

7 faits clés pour comprendre les supercondensateurs

1 Comment fonctionnent les batteries

La technologie des batteries est l'une des choses que nous avons longtemps tenues pour acquises sans réfléchir à son fonctionnement. La plupart des gens imaginent que lorsque nous chargeons, nous «versons» simplement de l'électricité dans la batterie, comme de l'eau dans un verre.

Mais la batterie ne stocke pas l'électricité directement, mais ne la génère qu'en cas de besoin, grâce à une réaction chimique entre les deux électrodes et un liquide les séparant (le plus souvent) 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 produite. Lorsqu'ils sont complètement convertis, la réaction s'arrête - la batterie est déchargée.

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Cependant, avec les batteries rechargeables, la réaction peut également se produire dans la direction opposée - lorsque vous les chargez, l'énergie déclenche le processus inverse, qui restaure les produits chimiques d'origine. Cela peut être répété des centaines ou des milliers de fois, mais les pertes sont inévitables. Au fil du temps, des substances parasites s'accumulent sur les électrodes, de sorte que la durée de vie de la batterie est limitée (généralement 3000 à 5000 cycles).

2 Comment fonctionnent les condensateurs

Aucune réaction chimique n'a lieu dans le condenseur. Les charges positives et négatives sont générées 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 pour qu'elle adhère à l'électricité statique. Les charges positives et négatives s'accumulent dans les plaques, et le séparateur entre elles, qui les empêche d'entrer en contact, est en fait un moyen de stocker de l'énergie. Le 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 le stockage d'énergie - généralement mesurés en microfarads (millions de farads). C'est pourquoi les supercondensateurs ont été inventés dans les années 1950. Leurs plus grandes variantes industrielles, produites par des sociétés telles que Maxwell Technologies, ont des capacités de plusieurs milliers de farads, soit 10 à 20% de la capacité d'une batterie lithium-ion.

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4 Comment fonctionnent les supercondensateurs

Contrairement aux condensateurs conventionnels, il n'y a pas de diélectrique ici. Au lieu de cela, les deux plaques sont immergées dans l'électrolyte et séparées par une très fine couche isolante. La capacité d'un supercondensateur augmente en fait avec une augmentation de la surface de ces plaques et une diminution de la distance entre elles. Pour agrandir la surface, ils sont actuellement recouverts de matériaux poreux - par exemple, des nanotubes de carbone (si petits que 10 milliards d'entre eux tiennent dans un cm carré). Le séparateur ne peut avoir qu'une seule molécule d'épaisseur avec une couche de graphène.

Pour comprendre la différence, il vaut mieux considérer l'électricité comme de l'eau. Un simple condensateur serait alors comme une serviette en papier qui peut absorber une quantité limitée. Le supercondensateur est l'éponge de cuisine dans l'exemple.

5 piles: avantages et inconvénients

Les batteries présentent un avantage significatif: leur 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.

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

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 sur toute la plage de -40 à +65 degrés Celsius.

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

7 Nouveau contenu

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 un matériau initialement développé pour la production de lentilles de contact.

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

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

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