Condensateur à l'état solide monocouche Ultracapacité

Densité de puissance des condensateurs haute capacité à l'état solide 

Un développement récent dans les dispositifs de stockage d'énergie à couche unique à l'état solide (SSESD) offre une solution. La SSESD intègre 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 répartition des charges dans le diélectrique change de sorte que les charges positives s'alignent avec le champ. Les trois principaux mécanismes de polarisation sont :
  • Polarisation ionique où les ions positifs circulent avec le champ et les ions négatifs circulent contre le champ.
  • Polarisation d'orientation où le diélectrique contient des matériaux à moment dipolaire permanent, en d'autres termes, les molécules ont une distribution de charge inégale.
  • Polarisation de l'interface, où les charges mobiles libres à l'intérieur du matériau migrent vers l'interface diélectrique/électrode ; les charges positives se déplacent vers l'électrode négative et les charges positives vers l'électrode négative.
Condensateur - Crédit image : Papa November

Dans sa forme la plus simple, un condensateur consiste en une couche diélectrique intercalée entre deux conducteurs. L'application d'une tension sur les 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 à travers les 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/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 de 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) entre les électrodes. Elle est équivalente au travail effectué en la chargeant et peut être exprimée par :

E = ½ CV2

Le travail expérimental des deux dernières années s'est déroulé en trois étapes.

La première étape s'est concentrée sur le développement de céramiques de condensateurs en vrac à haute capacité pour servir de matériaux de référence, contrairement à la technologie Eestor, qui a une constante diélectrique très basse de 18.000 contre 16 millions pour notre dernier jalon.

La deuxième étape s'est concentrée sur le développement de céramiques de grande 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. Nous utiliserons une nouvelle technologie ultrasonore pour le mélange et le raffinement du grain.

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 capacité (C), la constante diélectrique (K), la perte diélectrique (perte tan) et le coefficient de température de la capacité (TCC).

UltraCap Energy Ltd.

UltraCap Energy Ltd a été créée dans le but de développer des dispositifs de stockage d'énergie respectueux de l'environnement ou'batteries'. Aujourd'hui développés à 60 %, ces appareils révolutionneraient le mode de stockage et de transport de l'énergie électrique. Avec seulement 4 minutes de charge, un véhicule électrique utilisant notre batterie serait capable de rouler jusqu'à 480 kilomètres de plus que les batteries Li-Ion à charge lente actuelles.

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