Stockage d'électricité: Ultracondensateur-graphène 600Wh/kg!

[danielj]

Bonjour, Je pense que 'Surivai' n'a pas lu tout mon post du 17-11-2014 concernant le rendement de charge d'un condensateur, fut-il un supercondensateur. Il s'agit d'un rendement THEORIQUE qui ne dépend pas du type de chargeur, ni de sa résistance(*) ! Voir les références que j'ai déjà donné. Je sais qu'il existe des convertisseurs "buck-boost", cad à découpage, je m'en suis fabriqué il y plus de trente ans ! Cela ne changera rien au rendement maximal THEORIQUE de charge du condensateur, soit 50 % ! ! ! ! ........ Ça fait beaucoup de pertes pour faire des économies non ? Il faut voir les supercondensateurs comme des aides aux batteries...
(*) Attention la résistance doit être différente de zéro ! Je dis ça car il existe une polémique où on cherche à comprendre se qui se passerait si le condensateur ET le chargeur étaient des supraconducteur ! Là je ne saurait trancher, je pense que le rendement théorique serait différent...?

[citro]

...La théorie nous indique que l'énergie emmagasinée dans un condensateur (quel qu'il soit), est égale à la moitié de l'énergie fournie par le générateur, et cela quelque soit la résistance (non nulle) du circuit.... Surtout que les pertes joules font chauffer le supercondesateur, ce qui entraîne des limites contraignantes... D'ailleurs les 50% de pertes joules se répartirons dans la même proportion que la résistances du générateur par rapport a celle du condensateur... Les fabriquant de supercondensateurs prennent bien soin d'éclipser le problème en ne considérant que les pertes joules dans le condensateur (qui sont faibles), mais qui du même coup AUGMENTE les pertes dans le générateur ! ... Les 50% de pertes minium à la charge, c'est quand même un souci ! Alors que la charge d'un accu standard, n'a pas ce handicap. Pour l'expliquer sans équations, on peut considérer qu'un accu(dans les conditions normales) conserve une tension sensiblement constante. Dès le début de la charge, la tension est nominale, la puissance emmagasinée par unité de temps est égale à U*I avec U a peu près constant. Pour un supercondensateur, dès le début de la charge U est près de zéro, donc la dans la même unité de temps, la puissance emmagasinée (en début de charge) et très faible ! La tension monte exponentiellement, en intégrant le tout, on trouve le fameux coefficient de pertes de 50%... Pour une charge partielle c'est idem, on ne prend en compte que l'échelon de tension concerné, et on trouve le même résultat...

Beaucoup de répétitions font perdre de la clarté à cette démonstration que je trouve inexacte... Je ne suis pas expert en condensateurs, et mes connaissances en batteries sont surtout empiriques mais elles sont suffisantes pour dire que:

Les pertes de charge d'un accus lors du stockage d'électricité sont considérables et ont énormément diminué avec les technologies lithium à très faible résistance interne. Pour exemple, en remplaçant les accus au Nickel Cadmium de ma voiture électrique par des accus au lithium, la consommation d'électricité de ma voiture a diminué de plus de 25% (22kWh pour 100km qui sont maintenant 16kWh/100km).
On considérait le rendement à la charge des accus NiCd à 60%.
Le rendement à la charge de mes accus Lithium est estimé à 90%

Pour charger, il faut obligatoirement une différence de potentiel entre le générateur et l'accus. Ne pas confondre cette différence de potentiel avec une perte...

Contrairement à ce que tu dis, il faut donc une tension supérieure à la tension de l'accu pour le charger et en fin de charge la tension de l'accu grimpe en flèche. Dès que la charge est terminée, la tension de l'accu redescend à sa valeur nominale.

On ne peut pas surcharger un accus lithium sinon sa tension et sa température s'élève jusqu'à sa destruction.
J'ignore si un condensateur peut être détruit par une surcharge mais il est stupide de surcharger un condensateur car de toute façon cette énergie sera perdue puisqu'elle ne pourra pas être stockée...

[danielj]

Bonjour monsieur "citro" , bonjour à tous ! Le sujet est ici "le stokage d'électricité dans les ultracondensateurs - graphène". Mon post du 19-11 ne peut se comprendre qu'après ceux du 17-10, du 13-11, et surtout celui du 14-11, puis du 17-11 et 19-11... Je rappelle le pb théorique de la charge d'un condensateur :
https://www.econologie.info/share/partag ... 9yQxQk.pdf
Je ne sais pas si je suis un expert dans ce forum, c'est vous qui aller me le dire... depuis collège, J'ai suivi des études d'électrotechnique, et d'électronique. Après un CAP et un BEP d'électrotechnique, j'ai passé un bac F3 (d'électrotechnique), puis un BTS électrotechnique ( à bordeaux ), puis j'ai fait la fac de physique et chimie... j'ai travaillé ensuite 10 ans sur l'électronique appliquée. Ensuite j'ai passé près de 20 ans dans un bureau d'études d'électrotechnique dans une grande entreprise. Je suis à présent en retraite... Est-ce que je suis un expert en électrotechnique ? Je sais pas ? Merci de me dire si je peux vous être utile pour faire avancer le débat ou non... Si la réponse est non, je me retirerais sans problème. A+

[Surivai]

danielj, bien sûr que tes avis et tes expériences sont utiles.

Et merci de nous les faire partager...

[Gaston]

Mon post du 19-11 ne peut se comprendre qu'après ceux du 17-10, du 13-11, et surtout celui du 14-11, puis du 17-11 et 19-11...
Je rappelle le pb théorique de la charge d'un condensateur :
https://www.econologie.info/share/partag ... 9yQxQk.pdf

Comme l'a déjà fait remarquer Surivai, ce cas ne concerne que la charge d'un condensateur à puissance maximale, ou pour le dire autrement si on connecte un condensateur vide aux bornes d'un générateur de tension constante E.

On peut montrer aussi facilement qu'en effectuant la charge au moyen de deux générateurs successifs, le premier de tension E/2 et le second de tension E, le rendement est alors de 2/3 :

Code : Tout sélectionner

Lors de la charge de 0 à E/2, le premier générateur fournit une énergie de CE²/4 pour un stockage de CE²/8 dans le condensateur.
Lors de la charge de E/2 à E, le générateur fournit CE²/2 et le condensateur stocke CE²/2 - CE²/4 = 3CE²/8.

Le rendement est donc (CE²/8 + 3CE²/8 )/(CE²/4 + CE²/2) = [b]2/3[/b].

On peut ainsi calculer que plus le nombre de générateurs de tension croissante utilisé est grand, plus le rendement augmente.

Pour charger un condensateur avec un bon rendement, il suffit de le connecter successivement à différentes sources de tension de tension croissante... ou de le charger avec un générateur qui n'est pas à tension constante.

[citro]

Bonjour danielj,
Ton cursus est exemplaire, mais j'ai mal compris ta démonstration.

Je suis d'accord que la charge d'un condensateur ou d'une batterie occasionne des pertes.
Cependant, je n'ai pas saisi si tu considérais que ces pertes de 50% auxquelles tu fais allusion sont l'apanage des condensateurs ou bien de tout dispositif de stockage, y compris des batteries.

Si comme je le crois, peut-être à tort, les pertes existent et sont comparables des 2 cotés, alors je ne vois pas la raison du procès fait aux condensateurs.

Il me semble capital d'éclaircir ce point de façon définitive, idéalement par l'expérimentation, si un doute subsiste.

Si tu es toujours sur Bordeaux, n'hésite pas.

Cordialement.

[dirk pitt]

..... Cela ne changera rien au rendement maximal THEORIQUE de charge du condensateur, soit 50 % ! ! ! !

oops, le cas cité dans l'exemple n'est absolument pas un cas général mais un cas de circuit RC à tension constante.

la charge d'un condensateur à courant constant voit la tension augmenter de maniere lineaire. pareil pour la décharge.
la confusion vient peut-etre du fait que la formule de l'energie emmagasinée (en Joules) dans un condo parfait est:
W=1/2 CxU²
mais l'energie a la decharge est la même chose au signe prêt.
donc dans un condo parfait, le rendement de charge/decharge est de 100% et pas 50%.
apres il faut bien sur tenir compte de la resistance serie interne au condo mais c'est une autre histoire.

un autre inconvenient du condensateur (et d'ou vient peut-etre aussi la confusion) est que c'est un resevoir dont on ne peut que difficilement utiliser la totalité de la capacité. en effet si on veut exploiter la totalité des 1/2xCU², il faut le faire dans la plage totale de tension (de U à 0) hors, on sait qu'il est difficile de faire fonctionner un montage quel qu'il soit lorsque la tension devient faible. Si par exemple, pour des raisons pratique, on exploite le condensateur entre U et U/2 seulement, le rendement theorique sera toujours de 100% dans cette zone mais on deduit facilement de l'equation que l'energie emmagasinée sera de seulement 75% de l'energie disponible si on etait descendu jusqu'a zero volt. déjà que les condo n'ont pas une grosse capacité embarquée, i lfaut essayer de maximiser la part utilisable et donc la plage de tension.

[Obamot]

Oui alors dans ce cas, l'énergie indisponible — puisque pas utilisable en totalité — est la part qu'il n'y a pas besoin d'être rechargée, on va seulement compenser ce qu'il reste, c'est ça?

— Si oui, dès lors il suffirait de dimensionner ceux au graphène un peu plus, pour qu'ils tiennent leurs promesses (car à titre d'exemple, la surface d'un terrain de football nécessaire en layers supplémentaires, à l'échelle d'un atome d'épaisseur, ne prendrait guère qu'une place très restreinte au final, et surtout d'un poids très faible lors de la construction, non)?

— Si non, faut-il complètement décharger un supercondensateur avant de le recharger pour éviter toute sorte d'ennui comme un effet mémoire ou tout autre type de perte de capacité?

[dirk pitt]

oui, il reste toujours un "talon" de tension (donc d'energie) dispo mais non utilisable en pratique. mais ça ne pose pas de soucis. le condo n'est pas un stockage chimique donc pas d'effet mémoire ou autre. aujourd'hui, j'utilise dans mon job des supercaps qui sont données pour plus d'un million de cycles. même en faisant 50 recharges par jours (biberonnage) la durée de vie est supérieure à 50ans

[Gaston]

oops, le cas cité dans l'exemple n'est absolument pas un cas général mais un cas de circuit RC à tension constante.

OUI

la charge d'un condensateur à courant constant voit la tension augmenter de maniere lineaire. pareil pour la décharge.

Exact.

Ce qui conduit à un rendement de 50%, c'est la charge à tension constante.
Il est amusant de constater que ce rendement ne dépend pas de la valeur de la résistance série (qui peut être une véritable résistance ou simplement la résistance des câbles de connexion, voire la résistance interne du générateur).

En fait, au tout début de la charge, la tension du condensateur (vide) est de 0, l'intensité est alors uniquement limitée par la résistance qui dissipe la quasi totalité de la puissance fournie par le générateur.

L'intégration de cette puissance dissipée sur la durée de la charge montre que quelle que soit la valeur de la résistance, la moitié de la puissance fournie par le générateur est dissipée dans la résistance.

Pour bien se représenter ce qu'il se passe, il faut imaginer les cas de résistance très faible ou très forte :

• Si la résistance est très faible, le condensateur se charge très vite avec un courant au début très important (on suppose que le générateur est capable de fournir n'importe quel courant sans chute de tension) et donc des pertes élevées mais durant un temps court.
• Si la résistance est importante, au contraire, le condensateur se chargera lentement avec des pertes dans la résistance faibles mais durant une durée longue.

Au total, les pertes seront toujours les mêmes (50% de l'énergie fournie par le générateur) si le générateur impose une tension constante.