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Ultracondensateur monocouche à l'état solide

Densité de puissance des ultracondensateurs à l'état solide

Un développement récent des dispositifs de stockage d'énergie monocouche à l'état solide (SSESD) offre une solution. Le SSESD incorpore un diélectrique à haute permittivité avec une constante diélectrique de l'ordre de 16 millions.

Un diélectrique est un isolant électrique capable d'être polarisé par un champ électrique. Sous l'influence d'un champ électrique, la distribution des charges dans le diélectrique change de façon à ce que les charges positives s'alignent avec le champ. Les trois principaux mécanismes de polarisation sont les suivants :

  • Polarisation ionique où les ions positifs circulent avec le champ et les ions négatifs circulent contre le champ.
  • polarisation orientée lorsque le diélectrique contient des matériaux ayant un moment dipolaire permanent, en d'autres termes, les molécules ont une répartition inégale des charges.
  • La polarisation d'interface, où les charges mobiles libres dans le matériau migrent vers l'interface diélectrique/électrode ; les charges positives se déplacent vers l'électrode négative et les charges positives vers l'électrode négative.

Dans sa forme la plus simple, un condensateur est constitué d'une couche diélectrique prise en sandwich entre deux conducteurs. L'application d'une tension aux bornes des conducteurs crée un champ électrique. La constante diélectrique ou permittivité (K) du diélectrique est le rapport entre le champ sans diélectrique (Eo) et le champ avec diélectrique (E).

K = Eo/E

Dans le condensateur monocouche décrit, lorsqu'une tension (V) est appliquée aux bornes des conducteurs, une charge (Q) est induite dans le condensateur. Le rapport entre la tension et la charge est défini comme la capacité (C) du condensateur.  

C = Q/V

La quantité de charge stockée dépend de la surface (A) des conducteurs, de la séparation (d) entre eux et de la constante diélectrique.

 
C = K(A/d)

Ainsi, pour des condensateurs de dimensions identiques, plus la valeur du K est élevée, plus la quantité de charge pouvant être stockée est importante.

L'énergie électrique potentielle(E) stockée dans un condensateur chargé est fonction de la capacité(C), de la tension(V) aux bornes des électrodes. Elle est équivalente au travail effectué en le chargeant et peut être exprimée par :

E = ½ CV2

Le travail expérimental des deux dernières années a consisté en trois étapes.

La première étape s'est concentrée sur le développement de céramiques de condensateurs en vrac avec une capacité élevée pour être utilisées comme matériaux de référence, contrairement à la technologie Eestor, qui a une constante diélectrique très faible de 18 000 contre notre dernier jalon de 20 millions.

La deuxième étape s'est concentrée sur le développement de céramiques à haute surface avec des capacités de stockage de charge améliorées.

La troisième étape sera centrée sur le développement de films diélectriques sur substrat métallique avec une bonne adhérence au substrat métallique et ne possédant pas de piqûres ou de discontinuités responsables de la diminution de la capacité. 

La poudre a été pressée et cuite à différentes températures pour produire des échantillons denses et non poreux. Les échantillons ont ensuite été électrodéposés et testés pour la capacitance (C), la constante diélectrique (K), la perte diélectrique (perte tan) et le coefficient de température de la capacitance (TCC).

 

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