Forums des énergies : société, écologie et technologies propres

C'est la révolution qu'on attendait! La réalité a dépassé la fiction.

Bientôt la fin des batteries: chargez votre véhicule électrique grâce à des ultracondensateurs économiques en graphène d'une durée de vie de 50 ans, ce sera prochaînement possible à bas coût!

Richard B. Kaner, et son équipe:


UCLA professor of chemistry &
materials science and engineering

... ont mis au point un nouvel ultracondensateur au graphène
... les «ultracapacitor LSG (Laser Scribed Graphene)»
... bon marchés, avec des performances inconnues à ce jour.

Graphène: "Cristal de Carbone bidimensionnel formé de cellules hexagonales".
Plus dur que le diamant, et 200x plus résistant que l'acier à l'étirement, parraît-il.


Architecture atomique de ce nano matériau à simple couche unique
(contrairement aux multicouches des supercondos au charbon actif).

Simple couche, très souple et robuste, et sans possiblité de perte de l'électrolyte:



On disait le graphène difficile et cher à produire! Ce professeur de chimie et de science de l'ingénierie des matériaux de l'UCLA, et son équipe, viennent de démontrer le contraire, et de découvrir le graal avec une méthode toute simple.

Ils utilisent des graveurs de DVD pour activer/produire le graphène! Et ils ont obtenu, comme il fallait s'y attendre, des performances exceptionnelles, à tel point qu'ils pourront remplacer avantageusement les batteries Li-on.





Vidéo:



En effet, les performances de ces nouveaux ultracondensateurs, dépassent déjà celles des batteries Li-on les plus performantes! (100 à 1'000 fois plus puissantes et 3 à 4 fois plus denses).

Ultracondos à 600 Wh/kg, VS 200 Wh/kg pour le top du Li-on

C'est une véritable rupture technologique alors que les supercondos se situaient
en terme de performance environ entre les condensateurs et les batteries Li-on:


Source: http://pl.legoff.free.fr/docs/chimie/scapfram.htm

Ces nouveaux ultracondensateurs sont en voie de suplanter le Li-on désormais:



Voilà qui ouvre enfin la voie aux véhicules électriques munis d'ultracondensateurs au graphène ultrafiables en lieu et place de batteries très coûteuses et relativement contraignantes et problématiques à l'utilisation.

Finie les dégradations de performance avec le temps et l'usure éventuellement prématurée des batteries en cas de non-utilisation prolongée d'un véhicule ou en dillétante.

Les véhicules électriques vont ainsi, dans un proche avenir on l'espère (en tout cas avec cette technologie, c'est enfin devenu possible) concurrencer directement les véhicules à moteur atmosphérique, sans plus aucun compromis! Et ce pour une fraction du coût du transport. Probablement: 1€ pour 100 km...

Performances/caractéristiques de ces "ultracondensateurs 2.0" au graphène

– Surface des électrodes: 1'520 m2/gr...!!! (surface intrinsèque d'une couche: 2'630 m2/gr.);
– > 5 fois la surface des meilleurs supercondos actuels pour le même poids, et ça change tout;
– Capacité: 246 Farads par gramme;
– Tension de fonctionnement: 4 volts;
– Densité d'énergie: (distance que peut parcourir le vhc.) 600 watt-heures par kilogramme (2,2 lb),
– > environ 3 à 4 fois mieux que les batteries lithium-ion, donc à situer dans la même catégorie;
– Densité de puissance: ultra-haute densité d'énergie (vitesse du véhicule) jamais vu avec du Li-on, exceptionnel;
– Stabilité: excellente lors des cycles de charge / décharge de cet ultracondensateur.
– Capacité de recharge: excellente (diffusion minimale des ions d'électrolyte)
– Densité d'énergie comparée: 1,36 milliwatt-heure par cm3, soit environ 2 fois la densité énergétique des supercondensateurs actuels à charbon actif et une densité comparable à une batterie lithium-ion couche mince de haute puissance;
– Quantité d'énergie stockable: similaire ou supérieure aux batteries Li-on sur moins d'espace et avec moins de poids;
– Vitesse de charge/décharge: 100 à 1000x plus rapide que le Li-on (pas plus long que de faire son plein d'essence!);
– Vitesse de décharge: 20 watts par cm3 (1000 fois plus rapide que les batteries lithium-ion en couches minces de 500 mAh);
– Vitesse de décharge comparée: 20x plus rapide que les supercondos au charbon actif (accélérations fulgurantes);
– Poids: 5 fois plus légers que ceux au charbons actifs pour une même puissance! Ou...
– Encombrement: 5 fois plu petit;
– Conductivité: >1700 S/m (comparé au charbon actif qui plafonnent entre 10 et 100 S/m);
– Température de fonctionnement: faible (grâce à une conductivité près de 20x plus grande!);
– Substrat: film/gel mince en plastique (PET flexible) donc robuste et même pliable;
– Production: technologie bon marché, très facile à reproduire, à l'aide d'un simple graveur DVD. Pas besoin de liants ou de collecteurs, donc monocouche. Très aisé pour de la production de masse au plan industriel avec un très bas coût de prix de revient;
– Durabilité: exceptionnelle, plus de fuite d'électrolyte (une légère perte de 1% de capacité a été observée après 1000 cycles.) les cycles de recharge/décharge admissible excèderont certainement la durée de vie du véhicule...;
–> nombre de cycles: donné à 10'000 cycles, quasiment sans perte de performance, ce qui représente 50 ans d'utilisation à raison de 200 jours par an avec une perte maxi de 10% de capacité au final!
Alors qu'en moyenne les batteries conventionnelle se tiennent à environ 1'000 à 1'500 cycles de charge/décharge soit ...7 à dix ans tout au plus... Et perte de beaucoup de la capacité d'origine à 20% en comparaison ...!
– Coût: de facto pas trop cher à produire, car architecture très simplifiée et pas besoin d'une construction de type cylindrique.

Un potentiel de développement quasiment sans limite:
– ordinateurs plus performants car plus rapides et plus petits;
– autres appareils utilisant de l'électronique;
– probable nouvelle révolution dans l'imagerie (photo, vidéo, 3D etc)
– pratiquement transparent et aussi bon conducteur que le cuivre;
– idéal pour les écrans tactiles;
– panneaux lumineux, écrans géants;
– conception de cellules solaires avec des performances/rendement inédits;
– nouveaux matériaux composites en graphène (aviation, tous véhicules)

De quoi enthousiasmer bien des R&D de par le monde! Les travaux de Plasmanu sur les théories de Tesla, vont bientôt pouvoir reprendre

Sources:
http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/uc ... 30478.aspx
http://www.greenoptimistic.com/2012/03/ ... capacitor/
http://www.supercondensateur.com/articl ... raveur-dvd
http://www.futura-sciences.com/fr/defin ... hene_4713/

Salut Obamot!


C'est trop beau pour sortir rapidement!

Cé moi ou j'ai pas vu le taux de décharge qui est important à savoir si on laisse la voiture non utilisé pendant une semaine.

qui va acheter le brevet pour le reduire à néant
trop d'inovation passent à la case: danger pour la nomenklatura.(élite)

Shell a acheté la majorité des photo-voltaiques et plusieurs brevet de batterie tel que celui de la EV2, peut-ètre vont ils acheter celui-ci!

Plasmanu a écrit :

Alain G a écrit :Salut Obamot!
C'est trop beau pour sortir rapidement!

qui va acheter le brevet pour le reduire à néant
trop d'inovation passent à la case: danger pour la nomenklatura.(élite)

De toute façon c'est une techno accessible, désormais rendue publique... Alors qui se lance...?

Alain G a écrit :Cé moi ou j'ai pas vu le taux de décharge qui est important à savoir si on laisse la voiture non utilisé pendant une semaine.

Ah! The killer question! Je ne souhaite pas prendre position, mais j'y vois comme suit.

On distingue principalement quatre phénomènes d'autodécharge:
Il a déjà été dit, il me semble, qu'il y avait:
1) très peu de courant de fuite.

Et on peut rajouter le raisonnement suivant;
2) pas d'autodécharge des charges dans les pores (puisqu'absence de pores, pas comme avec les supercondensateurs au charbon actif);
3) pas d'autodécharge liée à un processus d'oxydoréduction (l'électrolyte est totalement isolé dans un design mono-layer unique: c'est un gel qui est scellé). C'est dans les supercondo à multi.couches qu'une part des charges se recombinent, ce qui constitue une autodécharge par quelques espèces ioniques de charges opposées sur l'interface qui vont se diffuser vers l'électrolyte, notamment à cause de la surface poreuse du charbon (alors qu'avec cet ultracondensateur, le layer a l'épaisseur d'un seul atome! Ce qui permettrait de minimiser le chemin de diffusion des ions d'électrolytes). C'est le type prédominant de dispersions, durant les premières heures d'autodécharge.
—> le phénomène précédent est dû à la présence d'eau dans l'électrolyte, or là, non-seulement il est confiné, mais il n'y a pas d'eau (1-éthyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate) et si il en a, elle ne peut pas s'échapper (on a déjà eu cette discussion).
4) l'autodécharge due à surtension est exclue amha (équation de Tafel).

Vu que cette technologie est aussi dédiée aux téléphones portables, je doute que celle-ci soit importante. Mais voyons un peu..

Quoi qu'il en soit, il suffirait d'aller faire le plein «en arrivant» juste avant ou durant le parcage... Parce que comme ça, la décroissance de la tension aux bornes de l'ultracondensateur, suit seulement l'effet de l'autodécharge (et le contre effet de redistribution deviendrait négligeable). Je verrais bien aussi des ultracondensateur intelligents, couplés par groupes à un GPS, et qui proche de la situation de parcage::
a) alerterait le conducteur, à fin de le prévenir de l'emplacement des dernières bornes de recharges disponibles:
b) par défaut, se chargerait de vider quelques groupes d'ultracondensateurs pour en remplir d'autres, de manière à laisser le/s groupe/s restant plein à raz-bord, et de leur laisser le minimum d'autodécharge jusqu'au prochain «plein»;
c) d'isoler les groupes vidés des autres par un switch off via le calculateur de bord...
d) lancerait ainsi la gestion intelligente de l'autodécharge, qui serait compensée pas un réchauffage de l'ultracondo qui utiliserait un faible pourcentage de la charge pour éviter que la température en baisse provoque une autodécharge plus rapide qu'une autodécharge non contrôlée sans réchauffage... Le chauffage du pack, pourrait aussi se faire chimiquement de façon exogène (dans ce cas la charge de l'ultracondensateur n'en souffrirait pas.)

Donc à l'instar des supercondensateurs, on compterait une autodécharge plus importante les 8 premières heures, mais

-15% au maximum en 1 semaine (sans gestion intelligente).
Ainsi avec le plein au parcage entre 6 à 9 semaines (pour avoir encore un peu de jus pour atteindre la première borne en repartant... ou, au pire, la première habitation électrifiée...), comme suit:

Autodécharge d'un supercondensateur (25 °C)
– tension initiale de 2,5 V.
– décroissance rapide de la tension pendant les huit premières heures
– et lente par la suite.

Donc il me semble que pour l'ultracondensateur, on devrait être un peu meilleur la première semaine -10% avec gestion intelligente, mais sur la longeur, ça devrait se valoir: de 7 semaines à 10 semaines. Je dis ça de façon pessimiste au pifomètre. Logiquement il devrait y en avoir moins que ça. 5 à 7% par semaine? Comme suit en vert:



Et en cas de «panne sèche», le jerrycan serait un gros ultracondo de 10 Kg

Mais c'est juste mon humble avis. Je laisse la parole aux spécialistes

Bien ré(pondu) Obamot!

Une autre chose me chiquote, la vitesse de charge et la chaleur dégagé bien que plus faible du a la meilleur conduction.


Na! Je te fait travailler hein!

T'avait qu'à pas démarrer ce sujet!

Désolé, je ne connais pas les modèles de charges possible idéaux. Mais compte tenu qu'ils annoncent une durée équivalente à celle d'un plein d'essence, ça doit être:

Temps de (re)charge complète: < 10 minutes.
Mais probablement sans décharge préalable? Est-ce qu'avec ce type ça réduit un peu l'autonomie?
Est-ce que des charges rapides réduisent la durée de vie? Bon bein sur cinquante ans, on s'en tape un peu

Maintenant, il doit y avoir éventuellement d'autres scénarios optimaux, comme les charges de nuit (ou sur demi-journée) du supercondensateur, qui commencerait par:
— une mise en climatisation du pack dans son enceinte de confinement à une température constante de 25 °C durant plusieurs heures;
— puis avant la recharge avec décharge préalable complète (temps requis très court);
— puis charge lente par une source de tension très constante (tension et durée idéale) pendant environ une heure(?)
— reset du pack, puis mesure de performances des groupes, les un après les autres, et mémorisation de l'autonomie disponible (ou alerte en cas de pépin sur un élément qui se ferait de facto isoler du reste);
... and so on...

Pour les températures:
C'est normalement la stabilité de l'électrolyte qui limite la température! Or la stabilité a été décrite comme «excellente». Mais j'ai pas de valeur.

— en fonctionnement, les datasheet des supercondensateurs donnent des températures d'utilisation admissibles de -35°C à +65°C. Il est possible d'adapter l'électrolyte pour qu'il descende plus bas, mais il montera moins haut...
Et forcément, ces ultracondensateurs Laser Scribed Graphene, feront «mieux» :-)

Dépasser la température maxi, fait décomposer l'électrolyte des supercondensateurs, qu'en serait-il de ceux au graphène? Je l'ignore, néamoins, le calculateur de bord peut avoir une "limit of temp" et arrêter le véhicule. Par ailleurs, les moteurs atmosphérique ont aussi des limitations de fonctionnement à cause de la température, il leur faut impérativement un refroidissement. On peut aussi imaginer – comme décrit ci-dessus – une enceinte de confinement avec conditionnement interne de la température (de façon exogène ou endogène, c'est pas le problème, dis cousin, pourquoi crois tu que je proposais ça!)

Mais la charge ou la décharge entre -25°C et +60°C différe très peu pour un supercondensateur, la durée de charge peut varier de env. 10% semble-t-il.



Ça reste stable. Ça tient sans doute au fait que la résistance des supercondensateurs diminue avec l'augmentation de la température. Par contre, les variations sont importantes pour des températures négatives (mais on peut alors conditionner la température du confinement).

Donc au vu des températures de fonctionnement élevées admissibles, j'en déduit que celles-ci ne sont pas vraiment un problème.

Reste la question de la dissipation de chaleur pendant la charge (pertes/rendement), j'ignore ces chiffres, mais ils n'ont pas de raison d'être mauvais, non?

De toute façon, si tant est que la température augmenterait significativement pendant la charge, se serait tout bénef, puisque la capacité augmenterait (env. 10%). Ça c'est sur le plan théorique.

En pratique, si on regarde ce qui se passe lors d'une charge rapide, on voit que la capacité n'est pas tributaire de la température, ainsi la variation peut être négligée.

Mais ça ne nous dit encore rien, car les lois de variation peuvent être parfaitement modélisée par l'ordinateur de bord, par une loi polynomiale ou exponentielle (c'est selon).

Donc à mon humble avis, ce n'est pas le talon d'achile de ces ultracondensateurs. Au pire, en trouvant la bonne modélisation, on pourrait augmenter la capacité, ce qui serait un bilan favorable par rapport à la perte éventuelle par dissipation de chaleur...

Comme qui dirait Fernand Raynaud à propos de la question de savoir: combien de temps met le canon pour se refroidir, une fois que l'obus est sortit du fût: ça dépend ! Si y'a du vent... etc

Voilà c'est comme ça que le je vois, mais je me trompe peut-être...

Là tu me donne les températures d'opération et non pas la température en fonction d'une charge rapide!


Je vait t'éviter la recherche puisque je connaissais en partie la réponse et que c'était pour te taquiner un peu que j'ai poser cette question!

Vu que t'as agacé Spapshoot à un tel point même s'il est resté poli malgré tout j'ai voulu te rendre un peu la pareil!


Et la réponse est: vu que la résistance est très très basse l'échauffement ne devrait pas être un problème à la charge.

tsssss... c'est malin

Oui sans doute, j'allais dans le même sens. D'un autre côté t'as jamais mis les mains sur un légendaire ampli Yamaha M2, pour voir si ça chauffe...:





Ou un Denon mos-fet, crois-moi, c'est « hot »
Y'a pas que les transistors qui seraient à refroidir:



Donc je resterais prudent, à voir à l'usage...

PFFFF!!!


Tu veut voir le miens un Adcom hyper modif???


8x 6800 uf et 4x mallory 75 000 uf 75 volts
2 transfo de 500 watts pour une sortie de 125 watts/canal



Et 75 ampères de sortie balancé!


Boucle de contre réaction à presque rien et capable de travaillé aisément à 1 ohm!



Modifié by Bibi!