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Le supercondensateur tueur de batterie lithium-ion ?
Cycle de vie 10 fois supérieur, puissance supérieure, recharge instantanée...
Une avancée en matière de densité énergétique, mais toujours en retrait
Aujourd'hui, le véhicule électrique passe quasi exclusivement par les batteries lithium-ion pour assurer l'alimentation de son moteur. Bien que progressant d'année en année, cette technologie présente toujours des limites et pousse les chercheurs à redoubler d'ingéniosité pour lui trouver un remplaçant.
Utilisation de nouveaux alliages ou d'électrolyte solide, couplage à une pile à combustible... les pistes sont nombreuses et passent aussi par la voie des supercondensateurs. Il faut dire que dans la théorie, ces supercondensateurs présentent de très nombreux avantages face à la batterie lithium-ion.
Tout d'abord, il se montre beaucoup plus stable, n'étant pas sujet aux risques d'explosion et étant capable de fonctionner sur une plus grande amplitude de température. Le supercondensateur dispose également d'un cycle de vie dix fois supérieur. Il offre en plus une puissance supérieure, est moins lourd et se recharge quasi instantanément. Ce n'est pas pour rien s'ils ont été utilisés pour les systèmes de récupération d'énergie des Formule 1.
Tout ces avantages se répercutent déjà sur leur prix.
Mais le problème majeur, c'est qu'en plus de leur coût supérieur, les supercondensateur ont une très faible densité énergétique, jusqu'à 25 fois inférieure à celle d'une batterie li-ion avec des prototypes qui atteignent seulement 15 Wh/kg là où sa concurrente table entre 200 et 250 Wh/kg.
Mais la recherche avance vite. Des chercheurs de plusieurs universités sont ainsi parvenus à faire progresser de manière significative la densité des condensateurs en employant des matériaux hybrides couplés au graphène. Les essais des scientifiques ont ainsi permis de faire grimper la densité à 73 Wh/kg. Si l'on est encore très loin des performances du lithium-ion, la recharge "instantanée" de cette technologie vient toutefois contrebalancer cet écart.
Pour l'instant, on n'en est encore qu'au stade de la recherche et donc très loin d'une utilisation commerciale pour cette nouvelle technologie, la batterie ayant ainsi le temps de poursuivre son développement et de continuer à creuser l'écart.
De même, si le supercondensateur est un sérieux candidat pour les véhicules électriques, les pistes étudiées pour l'instant ne prévoient pas son utilisation seule, mais en complément d'une batterie "classique" dans des systèmes hybrides, à l'image du prototype de moto Racer présenté par Nawa l'année dernière.
Commentaires
Oueps! M'est avis que si il n'explose pas, à l'inverse d'une batterie... J'imagine qu'il y a moyen de se prendre une décharge intempestive... Quasi-mortelle ?
03-02-2021 17:54En tous cas pas piqué des hannetons !
Chérie !!! Ch'uis sur la photo !
Que d'histoire!! Une bonne pile nucléaire et le tour est joué et tout le monde il est content, même Greenpeace
03-02-2021 18:08On parle de l'auto-décharge ?
03-02-2021 19:38Recharge instantanée ? Avec des câbles gros comme mon bras pour faire passer les 300 ampères ?
03-02-2021 20:39C'est marrant tous ces commentaires négatifs. Non qu'on puisse s'interroger sur la maturité de ces technologies, mais l'avenir est évidemment électrique.
04-02-2021 09:30A cela une raison évidente de pur rendement : les meilleurs moteurs thermiques ont un rendement maximum de 23% à 24% (formules 1). C'est à dire que 77% de l'énergie est convertie en chaleur. Il faut donc tout un circuit de refroidissement extrêmement lourd pour pouvoir refroidir tout ça. Et comme le couple n'est pas immédiat, il faut en plus lui adjoindre une boîte de vitesse, des transmissions, etc... Toutes choses qui diminuent encore le rendement par tous les frottements induits.
Pour faire tout ça, obligé d'ajouter du poids, beaucoup de poids., et donc d'avoir un cadre plus costaud, plus lourd, et donc un système de freinage plus costaud et donc plus lourd, des pneus plus gros, etc, etc..
Un moteur électrique a un rendement d'au moins 95%. Moins de chaleur, donc moins de refroidissement, pas de boîte, donc moins de poids pour l'ensemble de la chaine de traction. Du coup, on peut tout alléger, avoir des pneus plus fins, des freins moins costauds pour la même efficacité, etc.. De plus, une fois dépassé la techno des batteries, le volume de l'ensemble sera beaucoup moins important.
Alors oui, il reste à produire cette électricité, mais les recherches avancent et ce n'est que depuis très peu de temps que les budgets de recherche sur la mobilité électrique dépassent ceux de la motorisation thermique.
Et pour ceux qui aiment faire du bruit, vous pourrez toujours ajouter un carton sur la fourche qui fera le bruit du moteur comme on faisait sur nos vélos !
Deux précisions :
04-02-2021 09:371. la chaine de traction electrique n'aura évidemment pas le rendement de son moteur,une pile à combustible n'ayant qu'environ 60% de rendement, mais l'ensemble devrait quand même atteindre 55% quand en thermique on sera au maximum de 20%.
2. La coût énergétique d'extraction du pétrole ne fait qu'augmenter. On va bientôt en arriver à 50% de coût énergétique d'extraction, aussi chaque fois que votre moteur consommera 1 litre, c'est bien 1 litre de plus qu'il aura fallu pour l'extraire, plus Près de 0,5Litre pour le raffiner, le transporter, etc... soit un rapport de bientôt 2,5 pour 1...
Et pour l'effet de serre, je n'entends jamais parler des gaz produits par l'ensemble des raffineries de produits pétroliers...
Je ne sais pas si le chiffre de 300 Ampères est synonyme de "beaucoup d'ampères" ou bien une valeur précise, dans le contexte du comm. ci-dessus. A savoir que les cables qui relient une batterie à un démarreur se prennent 250 à 500 Ampères (selon les moteurs) lors du démarrage. Ils sont gros, mais pas énormes non plus. Pas besoin d'être énorme si ça dure peu de temps et que la température n'a pas le temps de monter.
04-02-2021 10:59BigTof : Je pense que cette consommation d'énergie fossile et l'émission de CO2 associée sont bien prises en comptes dans les chiffres globaux, qu'on retrouve dans les diverses conférence youtube de Jean Marc Jancovici par exemple. Par contre il ne faut pas trop s'attendre à la retrouver dans la presse nationale ou chez des élus. Ces gens là ne pipent rien à la physique même de niveau première...
Si la techno permet tous ces gains, il est où le problème ??? J'ai du mal à comprendre les commentaires toujours négatifs !!! C'est mieux un moteur avec de l'huile et du mazout malodorant !!!! Est ce que ces 2 fluides apparaissent comme par enchantement ? Il faut bien les produire aussi. Et je ne pense pas que ce soit plus "écolo" que la production des batteries.
04-02-2021 13:16Alors certes, la solution miracle n'existe pas. Je préfère choisir la moins pire.... Nos poumons nous remercient déjà vs mazout qui pue....
De plus, l'électrique vient juste de naître quand le thermique est à l'orée de son existence
Ducatevo> tu les vois où les « commentaires toujours négatifs » ???
04-02-2021 13:22de toute façon, depuis l'abandon du kick, tous les moteurs thermiques sont électriques au démarrage.
04-02-2021 14:24Intéressant BigTof, mais une réserve sur le gain de poids : avec les batteries c’est plutôt le contraire, pour l’instant.
04-02-2021 15:01Les meilleurs moteurs thermiques de série sont à 40% de rendement avec le cycle Atkinson. Ce ne sont pas des moteurs de F1.
04-02-2021 15:14Il faut arrêter de croire que l'électricité est produite à la prise. Pour faire rapide : le réseau électrique est moribond car pas entretenu et en limite de rupture pour le régions PACA et Bretagne où il n'y a quasiment aucune production. Déjà sans les véhicules électriques. Vous avez vu les avertissements d'EDF.
Ensuite, un remplacement des thermiques par de l'électrique est possible en peu d'années, mais une usine de production électrique non. Regardez les déboires d'EDF sur la construction de leur nouvelle centrale. Enfin, un autre débat : comment on fait pour démanteler les anciennes ? Sachant que par exemple, il va encore falloir attendre 130 ans pour pouvoir lire les carnets de notes de Marie Curie tellement ils sont irradiés. Imaginez pour les millions de tonnes de béton des centrales.
@Big Tof
04-02-2021 15:1820% pour le rendement thermique, c'est très pessimiste. On approche maintenant les 30%.
C'est avec des approximations de ce genre que l'on fausse le débat entre électrique et thermique.
Quant à l'électrique, il faudra bien mettre dans la balance un jour le coût de rénovation ou de déconstruction/reconstruction des centrales nucléaires en fin de vie...
A ma connaissance, les moteurs F1 ont même atteint les 50 % de rendement et, contrairement aux propos d'un commentaire précédent, il y a encore plein de progrès à faire, aussi bien dans les technologies employées (pré-combustion, injection directe ...), qu'au niveau des matériaux employés (céramiques) ...
04-02-2021 16:05Le moteur thermique n'est pas encore mort !
Pour l'électrique, le débat est effectivement plus à centrer sur la faisabilité d'une production abondante, bon marché et pas trop impactante sur l'environnement que sur la performance du "consommateur" final (véhicule ou autre).
Le combat de l'électrique est une production vertueuse, à minima décarbonée faute à court terme non nucléaire, le stockage (grand sujet pour l'éolien), le transport (on attend la supraconductivité pour bientôt, on est à -15 ° sous 2 millions de fois la pression d'un pneu, petit détail technique). De plus, il faudra transformer cette électricité en motricité. Aujourd'hui, cuivre + aimants. Sachant qu'on a 15 ans de gisements ce Cu identifiés à date... autant acheter de suite un vélo en bambou.
04-02-2021 19:20LA problématique de rendement est presque secondaire.
Il y a une piste dont personne ne parle plus, c'est celle des moteurs thermiques tournant à l'hydrogène (cf l'expérience de BMW avec sa série 7)
04-02-2021 19:25@ BidTof "Un moteur électrique a un rendement d'au moins 95%. Moins de chaleur, donc moins de refroidissement, pas de boîte, donc moins de poids pour l'ensemble de la chaine de traction. Du coup, on peut tout alléger, avoir des pneus plus fins, des freins moins costauds pour la même efficacité, etc.. De plus, une fois dépassé la techno des batteries, le volume de l'ensemble sera beaucoup moins important." Mouaiff ! Mouaiff! Tu iras expliquer ça aux champions moto qui courrent en E-MotoGP... Pas sûr que tu arrives à les convaincre !
04-02-2021 20:18En effet, ces machines sont très lourdes, moins performantes, et, plus pataudes que leurs homologues thermiques actuelles.
Je ne suis pas sûr, et à vrai dire plutôt certain, que l'équipement en freins, vu le poids de leurs tanks, est à minima presque équivalent aux MotoGP, équipées de disques acier. Et les pneus sont aussi vraisemblablement peu ou prou équivalents. Alors pour une légèreté de type ballerines... Tu repasseras !
En même temps, pour des fers à repasser !
Le débat est tjs mal posé quand on parle de rendement, puisqu'on adresse uniquement la chaîne de traction en mettant de côté le stockage et l'approvisionnement.
05-02-2021 11:31La chaîne de traction électrique, permet un sous dimensionnement des organes de refroidissement grâce à son rendement, et donc des autres organes autour (cercle vertueux du poids), certes.
Sauf que c'est exactement l'inverse pour le "stockage du carburant" (même en enlevant les critères "temps de recharge" et "capacité initiale d'approvisionnement).
On perd du poids d'un côté et on en "gagne" 5 fois plus de l'autre côté, donc le bilan de ce point de vue est actuellement défavorable.