Supercondensateur asymétrique de haute puissance en milieu organique - HIgh POwer Asymmetric SuperCAPacitor in organic electrolyte – HIPASCAP

Le projet HIPASCAP s’inscrit dans la problématique générale de la gestion efficace de l’énergie afin de réduire la consommation de combustibles fossiles et les émissions de CO2. Les systèmes de stockage d’énergie peuvent prendre une part importante dans cette stratégie, en stockant l’énergie perdue et en la restituant ultérieurement à la demande. Deux types de systèmes de stockage d’énergie électrochimique sont disponibles : les batteries et les condensateurs à double couche électrochimique (EDLC). Les batteries délivrent une densité d’énergie élevée mais une densité de puissance faible, alors que les EDLC délivrent une forte puissance mais leur densité d’énergie est faible. Par ailleurs, en Europe, l’électrolyte utilisé pour les EDLC contient de l’acétonitrile qui est fortement inflammable et toxique. Pour ces raisons, des stratégies doivent être trouvées pour développer des systèmes plus performants et qui répondent aux exigences sociétales, notamment en termes d’environnement et de sécurité. Basé sur un travail antérieur d’un des partenaires (CRMD), l’idée du projet HIPASCAP est de développer un prototype industriel de condensateur asymétrique capable de surpasser en termes d’énergie les EDLCs actuellement commercialisés, tout en gardant la même puissance et une bonne cyclabilité. Le condensateur asymétrique (ou hybride) proposé combine pour les électrodes positives et négatives des matériaux respectivement utilisés pour les condensateurs et les batteries lithium-ion, et utilise des alkylcarbonates comme électrolyte. Ce système est capable de délivrer deux fois la capacité d’un EDLC avec une fenêtre de potentiel plus large, conduisant ainsi à une densité en énergie plus élevée tout en respectant les conditions de sécurité. Le projet multidisciplinaire HIPASCAP regroupe 3 partenaires académiques (IS2M, CRMD, CIME) et 2 partenaires industriels (TIMCAL et Batscap). Les partenaires académiques sont des experts reconnus internationalement dans les domaines des matériaux carbonés, de l’électrochimie des carbones et des électrolytes. Le partenaire industriel TIMCAL est un leader mondial des graphites et des noirs de carbone utilisés dans les batteries, les supercondensateurs et les piles à combustible. Batscap est spécialisé dans la production et la commercialisation de condensateurs de densité d’énergie élevée. Une tâche importante de ce projet est la sélection de matériaux d’électrodes et d’électrolytes qui permettront d’atteindre une puissance élevée et une bonne cyclabilité afin de répondre aux contraintes imposées par les partenaires industriels. Des graphites spécifiques seront développés par TIMCAL et l’IS2M pour l’électrode négative et des carbones activés seront adaptés par l’IS2M et le CRMD pour l’électrode positive. Des électrolytes contenant des sels de lithium dissouts dans des carbonates d’alkyles et des additifs spécifiques seront préparés par le partenaire CIME afin d’augmenter les performances électrochimiques, la cyclabilité et la durabilité des cellules. Deux types de systèmes seront proposés : (a) des cellules de laboratoire ‘coffee-bag’ qui permettront aux éléments optimisés (électrodes, électrolyte, séparateur) d’être implantés dans un système proche de celui utilisé dans l’industrie ; (b) un prototype de petite dimension permettant de déterminer les performances de ce nouveau système dans des conditions industrielles. Au final, ce nouveau condensateur asymétrique doit présenter une densité d’énergie plus élevée que celle des condensateurs symétriques tout en gardant la même puissance et une bonne cyclabilité. Les performances devraient être supérieures d’un ordre de grandeur en densité d’énergie (volumétrique et gravimétrique) avec un coût réduit (moins de 0.01€/F pour les larges volumes). Grâce à l’utilisation des carbonates d’alkyles, nous espérons que le projet HIPASCAP aura des impacts positifs d’un point de vue environnemental et sécuritaire tout en offrant une efficacité énergétique élevée.