Supercondensateurs : des noix de coco pour faire rouler les bus ?

Coconut by Annette Young (CC BY-NC-ND 2.0) — Annette Young, CC-BY

Si le pétrole devait se raréfier bientôt (ou pas ?…), la noix de coco pourrait être le nouvel eldorado de demain dans certains pays tropicaux.

Par Michel Gay.

Le stockage d’énergie embarqué est l’un des grands défis à relever pour pouvoir commencer à se passer des hydrocarbures dans les transports qui en dépendent aujourd’hui presque exclusivement.

Et les batteries « chimiques » ne sont pas les seuls systèmes de stockage d’électricité intéressants.

Les supercondensateurs, bien moins connus, contenant du charbon issu d’écorces de noix de coco, peuvent compléter ou même parfois remplacer les batteries pour faire rouler nos bus électriques en ville.

Les supercondensateurs (SC) sont aux condensateurs classiques (CC) ce que Superman est aux hommes. C’est presque pareil mais c’est différent… Ça y ressemble mais c’est beaucoup plus puissant.

De quoi s’agit-il ?

Un SC (comme un CC) stocke rapidement un peu d’électricité dans deux armatures conductrices séparées par un isolant électrique. Il a ensuite le pouvoir de la délivrer avec une grande puissance, presque instantanément.

Un supercondensateur fonctionne sur le même principe qu’un CC, mais il est constitué de matériaux différents, dont parfois le charbon actif poreux issu de l’écorce de la noix de coco. Peu cher, ce dernier permet d’obtenir de bonnes performances grâce à la grande surface développée dans ses pores (environ 2000 mètre carrés par gramme !).

Il favorise ainsi le stockage des électrons pour concentrer environ 10 wattheures par kg (Wh/kg), soit une centaine de fois plus d’énergie qu’un CC (0,1 Wh/kg).

Un SC contient cependant encore 10 à 20 fois moins d’électricité par kg qu’une batterie chimique de dernière génération lithium-ion (200 Wh/kg).

Mais le procédé électrochimique de cette dernière limite à quelques milliers son nombre de cycles charges – décharges « lentes » (quelques heures à quelques minutes), alors que les supercondensateurs supportent des charges et décharges (en quelques secondes) jusqu’à un million de fois en délivrant une grande puissance.

Et c’est là toute la différence !

C’est un point crucial qui permet aux supercondensateurs d’avoir une durée de vie plus longue (environ 10 ans) que les batteries (environ 5 ans). Ils sont donc aussi plus respectueux de l’environnement, polluent moins lors de leur construction et ne présentent pas de risque d’explosion.

Les applications des supercondensateurs

Les SC sont utilisés, par exemple, pour améliorer l’efficacité des transports à courts trajets (quelques km) comme des bus et des tramways électriques avec des recharges rapides (moins de 30 secondes) à chaque arrêt aménagé.

De plus, ils stockent l’énergie récupérée au moment du freinage et la restituent au moment du démarrage et de l’accélération.

Des bus « hybrides » utilisent des batteries et des supercondensateurs en complément pour obtenir à la fois une (relativement) grande densité d’énergie et une grande densité de puissance.

Certaines pelles mécaniques et grues portuaires utilisent aussi des SC alimentés pendant la descente des charges et sollicités pendant la montée.

La Chine

La Chine entend bien être à pointe du développement mondial des supercondensateurs appelés à être utilisés conjointement avec les batteries, quand ils ne les remplacent pas totalement.

Ainsi, la société CSR Zhuzhou Electric Locomotive a présenté en 2015 le bus électrique dont la recharge est la plus rapide au monde (10 secondes grâce aux SC).

Des bus électriques alimentés uniquement par des SC à Ningbo, dans l’est de la Chine, parcourent un trajet de 11 km avec 24 arrêts. Les SC sont rechargés en moins de 30 secondes à chaque arrêt, par une alimentation extérieure pendant que les voyageurs montent et descendent du bus.

Les « nanopores » des supercondensateurs

La recherche permettant d’augmenter la quantité d’électricité stockée dans de nouveaux matériaux poreux s’oriente aussi vers des noyaux d’olive, des noyaux de cerise, des algues, du bambou, et même des grains de café.

Elle porte aussi sur la synthèse de matériaux dont la taille des nanopores serait mieux contrôlée.

Aujourd’hui, les carbones les plus performants ont des tailles de pores d’environ 1 nanomètre (un milliardième de mètre).

Si le pétrole devait se raréfier bientôt (ou pas ?…), la noix de coco pourrait être le nouvel eldorado de demain dans certains pays tropicaux, comme… le sucre (glucose) aurait pu l’être pour la voiture de Fantasio dans la bande dessinée publié en 1971 « Du glucose pour Noémie ».

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