La Charge de l'Ultra

En 1995, une petite flotte des bus électriques innovants ont commencé à circuler sur des itinéraires de 15 minutes à travers un parc à l'extrémité nord de Moscou. Une décennie plus tard, quelques dizaines de grues portuaires en Asie, quelques trains légers sur rail en Europe et un bataillon de camions poubelles aux États-Unis ont rejoint leurs rangs de haute technologie.

Une poignée de véhicules de transport en commun et de machines industrielles peuvent ressembler à une révolution minable, mais elles sont révolutionnaires. Contrairement à la plupart de leurs cousins ​​électriques, ces véhicules partagent tous un attribut clé : ils ne fonctionnent pas sur batterie. Au lieu de cela, ils sont alimentés par des ultracondensateurs, qui sont des versions améliorées de ce cheval de bataille éprouvé de l’ingénierie électrique, le condensateur.

Une banque de ultracondensateurs libère une explosion d’énergie pour aider une grue à soulever sa charge ; ils captent ensuite l'énergie libérée lors de la descente pour se recharger. Les bus, les tramways et les camions poubelles alimentés par ces appareils fonctionnent tous pendant de courtes périodes avant de s'arrêter, et c'est pendant le freinage que les ultracondensateurs peuvent se recharger partiellement à partir de l'énergie normalement gaspillée, donnant ainsi aux véhicules une grande partie de l'énergie dont ils ont besoin pour se rendre à leur destination. prochaines destinations.

Puisqu’aucune réaction chimique n’est impliquée, les ultracondensateurs – également appelés supercondensateurs et condensateurs à double couche – sont beaucoup plus efficaces pour le stockage rapide et régénératif de l’énergie que les batteries chimiques. De plus, les batteries rechargeables se dégradent généralement en quelques milliers de cycles de charge-décharge. Au cours d’une année donnée, un véhicule léger sur rail peut effectuer jusqu’à 300 000 cycles de charge, ce qui est bien plus que ce qu’une batterie peut supporter. (Bien que des systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie puissent être utilisés pour contourner cette difficulté, un système de transmission lourd et compliqué est nécessaire pour transférer l'énergie.)

La synergie entre les batteries et les condensateurs - deux des composants les plus robustes et les plus anciens de l'ingénierie électrique - s'est développée, au point que les ultracondensateurs pourraient bientôt devenir presque aussi indispensables à l'électricité portable que le sont aujourd'hui les batteries.

Les ultracondensateurs sont déjà partout. Des millions d’entre eux fournissent une alimentation de secours pour la mémoire utilisée dans les micro-ordinateurs et les téléphones portables. Ils fournissent également de brèves bouffées d’énergie à de nombreux produits de consommation contenant des piles. Dans un appareil photo, par exemple, un ultracondensateur peut prolonger la durée de vie de la batterie en fournissant le punch nécessaire aux fonctions gourmandes en énergie, comme le zoom avant pour un gros plan.

Le plus intéressant est peut-être ce que les ultracondensateurs pourraient faire pour les voitures électriques. Ils sont étudiés pour remplacer les batteries des voitures hybrides. Dans les voitures ordinaires, ils pourraient aider à niveler la charge de la batterie en alimentant l’accélération et en récupérant de l’énergie pendant le freinage. Les moments les plus mortels pour la durée de vie d'une batterie sont les moments où elle est soumise à des impulsions de courant élevées et chargée ou déchargée trop rapidement. Idéalement, fournir ou accepter de l’énergie lors d’événements de courte durée constitue le point fort des ultracondensateurs. Et comme les condensateurs fonctionnent bien à des températures aussi basses que -40 °C, ils peuvent donner un coup de pouce aux voitures électriques par temps froid, lorsque les batteries sont au plus bas.

Les ultracondensateurs disponibles dans le commerce répondent déjà dans une certaine mesure à ces besoins et peuvent fournir une puissance plusieurs fois supérieure à celle de batteries de même poids ou de même taille. Mais en termes de quantité d’énergie qu’ils peuvent contenir, les ultracondensateurs sont loin derrière. La principale différence est que les batteries stockent l’énergie dans la majeure partie de leur matériau, alors que toutes les formes de condensateurs stockent l’énergie uniquement à la surface d’un matériau. Comme une batterie, un ultracondensateur est rempli d'une solution ionique (un électrolyte) et ses collecteurs de courant se fixent aux électrodes et conduisent le courant vers et depuis celles-ci. Les collecteurs sont recouverts d’un mince film de charbon actif qui a une surface plusieurs fois supérieure à celle des condensateurs ordinaires. La quantité de surface dans les conceptions de ultracondensateurs a jusqu'à présent été limitée par les limitations de la porosité du charbon actif.