Etude et assemblage d'un condensateur diélectrique hybride utilisant des électrodes de grandes surfaces spécifiques

Study of an hybrid dielectric capacitor with carbonaceous electrodes

• Auteur / Autrice : Audrey Albina
• Direction : Patrice Simon, Jean-Pascal Cambronne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone

Nanotubes

Rugosité

Condensateurs électriques

Mots clés libres

Condensateur diélectrique

Rugosité de surface

Charbon actif

Nanotubes de carbone

Dielectric capacitor

Surface roughness

Activated carbon

Carbon nanotubes

Résumé

Notre but est d’augmenter la capacité volumique par une méthode originale. Pour ce faire, une nouvelle approche qualifiée d’hybride, inspirée par les techniques de réalisation des électrodes de supercondensateurs et utilisant un matériau isolant, est proposée pour développer de nouveaux condensateurs diélectriques. Les électrodes de supercondensateurs présentent de très grandes surfaces : Elles sont élaborées à partir de nano-matériaux carbonés, conducteurs et poreux tels que le charbon actif et les nanotubes de carbone. La rugosité de ces matériaux offre des surfaces telles que 500 à 2000 m2/g. L’objectif est donc d’associer un isolant présentant une grande rigidité diélectrique à ces électrodes de grandes surfaces spécifiques. Les rugosités de surface que présentent les matériaux carbonés impliquent une répartition inhomogène du champ électrique. Les conditions locales n’étant pas connues, la formule classique de la capacité en fonction de la surface, de la permittivité et de la distance inter-électrodes ne peut plus être appliquée. Nous avons utilisé un logiciel d’éléments finis (FEMLAB) afin de calculer la capacité à partir de la densité d’énergie électrique. La suite de notre travail a consisté à élaborer une structure de condensateur permettant au diélectrique d’exploiter au mieux la surface de l’électrode.

Our objective is to increase the capacitance by an original method. It deals with a hybrid approach where two advantages of both systems, the dielectric capacitor and the ultracapacitor, are used. The high geometric aspect of the electrodes of the ultracapacitor and the high dielectric strength of a polymer material are associated. The surface roughness of the electrodes is given by carbonaceous materials (activated carbon and carbon nanotubes). These conductive materials offer high specific surface from 500 to 2000 m2/g. The first part concerns a work of simulation which permits to determine some trends of the influence of an inhomogeneous surface area on the capacitance value. Since the local conditions of electrical field are unknown, the classical analytic formulations of the capacitance cannot be applied. A finite element method is used to calculate the capacitance values from the density of electrical energy. The second and the most important part consists to elaborate the capacitor with the highest capacitance. The final purpose is to improve the electrical energy stored by the capacitor.