Quelle est la différence entre les supercondensateurs et les batteries ?

Supercondensateur vs Batterie

Comparer un supercondensateur à une batterie lithium-ion ressemble à comparer un sprinter à un marathonien.

Les deux servent à stocker de l’énergie mais ont des avantages et des inconvénients différents.

Qu’est-ce qu’un supercondensateur ?

Un supercondensateur stocke de l’énergie à travers deux mécanismes : l’électrostatique et l’électrochimique.

Dans le stockage électrostatique, la charge est séparée à l’interface électrode-électrolyte, formant ainsi une double couche ionique. Cette capacité électrostatique à double couche stocke l’énergie sans provoquer de réactions chimiques dans la cellule.

L’énergie ainsi stockée peut être libérée immédiatement lorsqu’elle est nécessaire. Les mécanismes électrochimiques impliquent des réactions d’oxydoréduction et la charge est accumulée par le mouvement des ions entre l’électrolyte et l’électrode.

Les supercondensateurs peuvent utiliser l’un ou l’autre de ces mécanismes, voire les deux, selon l’application prévue.

Qu’est-ce qu’une batterie lithium-ion ?

Les batteries lithium-ion sont le type de batterie rechargeable le plus courant. Elles stockent l’électricité via un processus électrochimique, convertissant l’électricité en énergie chimique et la restituant en électricité lorsque c’est nécessaire. Les batteries lithium-ion ont la plus haute densité énergétique en termes de volume et de poids, ce qui les rend adaptées aux systèmes de stockage d’énergie à haute densité portables. Elles sont utilisées dans divers dispositifs, des véhicules électriques aux smartphones et ordinateurs portables.

Avantages et inconvénients des supercondensateurs et des batteries lithium-ion

• Densité énergétique : Les supercondensateurs ont une capacité de stockage par unité de volume ou de poids beaucoup plus faible que les batteries conventionnelles. Dans les véhicules électriques, la densité énergétique est convertie en autonomie par charge, ainsi les batteries conviennent mieux aux applications nécessitant un stockage d’énergie à grande échelle.
  
• Densité de puissance : Les supercondensateurs peuvent fournir une grande quantité d’énergie en peu de temps, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant une utilisation rapide de puissance, comme l’accélération rapide des véhicules électriques ou le flash des appareils photo.
  
• Autodécharge : Les batteries ont un taux d’autodécharge beaucoup plus faible que les supercondensateurs. Ainsi, les batteries sont mieux adaptées aux applications nécessitant un stockage d’énergie à long terme sans recharges fréquentes.
  
• Cycle de vie : Les supercondensateurs peuvent supporter plus de 1 000 000 cycles de charge/décharge, alors qu’une batterie normale ne peut en supporter qu’environ 2 000 à 3 000 en raison de la corrosion des composants par les réactions chimiques.
  
• Coût : Les supercondensateurs ont un coût par watt plus élevé en raison du coût des composants et de la décharge souvent inefficace de pouvoir très rapide.
  
  
• Durabilité : L’exploitation du lithium, du nickel et du cobalt nécessaires aux batteries lithium-ion soulève des préoccupations environnementales quant aux déchets et à la pollution. En revanche, les supercondensateurs peuvent utiliser des matériaux plus durables comme le charbon actif dérivé de sources de biomasse renouvelables, plus respectueuses de l’environnement et facilement recyclables.

Quelle est la meilleure technologie ?

Le choix entre supercondensateurs et batteries dépend de l’application. Les deux offrent une grande valeur et parfois fonctionnent mieux ensemble.

Par exemple, lorsqu’ils sont équipés sur un bus :

• Pour l’accélération : le supercondensateur fournit instantanément une puissance élevée.
• Pendant le maintien d’une vitesse constante : la batterie prend le relais pour fournir l’énergie.

Cependant, les batteries et les supercondensateurs nécessitent encore beaucoup de recherche. Les points d’attention de la recherche incluent :

• Augmenter la densité énergétique
• Augmenter la capacité de décharge
• Améliorer la durabilité du cycle
• Améliorer la sécurité

Ces recherches devraient déboucher sur de nouveaux matériaux et des substances chimiques qui amélioreront les performances des batteries et des supercondensateurs.

Instruments d’analyse pour la recherche sur les supercondensateurs et les batteries

Chez Malvern Panalytical, nous proposons une large gamme d’outils fiables, précis et polyvalents pour aider les chercheurs et fabricants à développer des batteries et des supercondensateurs haute performance avec une empreinte environnementale réduite.

Par exemple, les systèmes d’analyse par fluorescence X de la série Zetium et Epsilon peuvent être utilisés pour analyser la composition élémentaire et les impuretés des matériaux cathodiques, anodiques et électrolytiques.

La série Mastersizer et la série Zetasizer Advance permettent l’évaluation des caractéristiques des particules telles que la taille et la distribution granulométrique.

Empyrean et le compact Aeris sont des diffractomètres à rayons X capables d’analyser les matériaux des supercondensateurs et des batteries pour détecter les défauts cristallins pouvant nuire à la performance des batteries. Pour en savoir plus sur comment les solutions de Malvern Panalytical peuvent accélérer la recherche sur les matériaux de stockage d’énergie, visitez cette page.