Caractérisation et vieillissement de composants supercondensateurs hybrides : étude sous contrainte de températures négatives

Overview & Synopsis

Les travaux de cette thèse concernent l'étude et la caractérisation électrique des supercondensateurs hybrides dénommés aussi "Lithium-ion Capacitors LIC". Les LIC sont des composants de stockage de l'énergie électrique issus d'une hybridation interne entre une batterie lithium-ion et un supercondensateur classique. Leur étude est divisée en deux parties. La première partie étudie les LIC à l’état neuf, avec des mesures temporelles et fréquentielles sur une large gamme de température de fonctionnement, qui permettront de tracer les diagrammes de Nyquist et de Ragone et d’établir les modèles équivalents des cellules. La deuxième partie vise à approfondir la caractérisation en appliquant des méthodes de vieillissement sur les cellules LIC afin d’observer l’évolution de leur performance dynamique au cours du temps. Pour compléter les travaux existants dans la littérature, le choix de la température de vieillissement s’est porté sur deux températures ambiantes négatives. Les résultats issus de ces essais permettent d’élaborer des lois de vieillissement qui visent à prédire la fin de vie des éléments dans le cas d’une application liée aux véhicules électriques hybrides.Le manuscrit est divisé en quatre chapitres. Le premier est consacré à la présentation des LIC mais aussi des batteries lithium-ion et des supercondensateurs, la connaissance de leurs caractéristiques étant nécessaire à la caractérisation des LIC.Le deuxième chapitre étudie les cellules LIC à l’état neuf et permet de les situer au niveau de leurs performances énergétiques entre les batteries lithium-ion et les supercondensateurs selon les résultats des caractérisations temporelles et fréquentielles. Les essais sont appliqués à différentes températures afin d’observer la différence de comportement physique selon les températures positives et négatives appliquées.Le troisième chapitre présente le vieillissement calendaire des LIC, pour lequel aucune contrainte de courant ne leur est appliquée, pour deux températures négatives différentes, -10°C et -30°C. Le résultat permet alors d’observer l’évolution des cellules dans le temps en situation de stockage ou au repos.Enfin, le quatrième et dernier chapitre étudie le vieillissement en cyclage des LIC lors de l’application d’un cycle de courant d’alterno-démarreur de voiture hybride, pour les mêmes températures ambiantes négatives. Ces essais, dans des conditions expérimentales relativement sévères, permettent d’observer les limites comportementales des supercondensateurs LIC et de prédire leur fin de vie avec des lois de vieillissement appropriées.