SUPERCONDUCTEURS IONIQUES
Applications
Les applications des superconducteurs ioniques sont de plusieurs types ; il convient de les différencier en deux grandes familles : les applications de puissance et celles où les puissances sont infimes. Les accumulateurs, les électrolyseurs, certaines piles à combustibles font partie de la première famille, tandis que les dispositifs « tout solides », les piles à longue durée de vie, les jauges spécifiques et capteurs, les afficheurs électrochromiques et les supercondensateurs ressortissent à la seconde. La plupart de ces derniers dispositifs peuvent être considérés comme des piles à concentration ou jauges : comme dans tout type de dispositifs électrochimiques, ils sont formés de l'association de régions à conductivité purement ionique – l'électrolyte – en contact avec des régions à conductivité électronique ou mixte – les électrodes. De multiples configurations sont possibles : dans le cas des capteurs, on mesure en circuit ouvert une différence de potentiel induite par une différence de concentration d'une espèce en contact avec les électrodes. En revanche, si un circuit extérieur impose un courant, deux cas sont possibles : ou bien les interfaces sont « bloquantes », les échanges ions ou électrons ne peuvent se faire, et on obtient un condensateur double couche ou supercondensateur ; ou bien les interfaces sont perméables aux ions, et on a une batterie. Un cas particulier important est celui où l'électrode est « électrochrome », c'est-à-dire que l'injection d'ions induit un changement de coloration : on peut alors réaliser un afficheur.
Accumulateurs
Les accumulateurs électriques présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux autres systèmes de stockage d'énergie : temps de réponse et disponibilité propres à l'énergie électrique, absence de pollution de l'environnement et bonne rentabilité économique ; les calculs faits en 1976 aux États-Unis avaient déjà montré que la filière « conversion du pétrole ou du charbon en énergie dans une centrale-accumulateurs-moteur électrique » était, pour la propulsion des véhicules automobiles, plus rentable que la filière traditionnelle du moteur à combustion interne. En 1985, une unité de 5 MWh était opérationnelle aux États-Unis pour assurer les pointes de consommation d'une ville moyenne. L' accumulateur utilise le couple sodium/soufre avec comme électrolyte l'aluminate de sodium sous forme de céramique. La forme Al2O3β (C.G.E., General Electric) ou Al2O3β″ (Ford) est utilisée.
Unité de stockage
Encyclopædia Universalis France
Accumulateurs traditionnel et à électrolyte solide
Encyclopædia Universalis France
Les électrodes sont liquides à la température d'utilisation (300 0C) : sodium et polysulfures de sodium. Le fait que les électrodes soient liquides évite l'empoisonnement de l'interface électrolyte/ électrode et permet des densités de courant par unité de surface plus élevées. Les tubes sont mis en forme selon les techniques céramiques : extrusion ou pressage isostatique suivi d'un frittage entre 1 600 et 1 850 0C en atmosphère riche en oxyde de sodium. La conductivité d'une céramique est inférieure à celle d'un monocristal, du fait de la distribution aléatoire des cristaux, et l'énergie d'activation est légèrement plus élevée (effet des joints de grains). Les caractéristiques recherchées sont une faible résistivité (de 3 × 10-2 à 5 × 10-2 Ωm à 300 0C), une faible énergie d'activation (0,3 eV), une parfaite étanchéité (le rapport entre la densité théorique et la densité de la céramique est supérieur à 97 p. 100) et une microstructure contrôlée (grains de 10 à 100 μm) : de gros grains améliorent la conductivité (diminution des joints de grains) mais diminuent la résistance mécanique et la durée de vie de la cellule, qui doit être de plusieurs années.
Dans les applications de puissance, la durée de[...]
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Écrit par
- Philippe COLOMBAN : docteur ès sciences, ingénieur de l'Ecole nationale supérieure de céramiqueindustrielle de Sèvres, chargé de recherche au C.N.R.S.
Classification
Médias
Espèces diffusantes : valeurs du coefficient de diffusion
Encyclopædia Universalis France
Conductivité
Encyclopædia Universalis France
Conductivité et énergie d'activation
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
TEMPÉRATURES PHYSICO-CHIMIE DES HAUTES
- Écrit par François CABANNES
- 3 831 mots
- 11 médias
...mais peuvent présenter un excellent comportement à la compression et au choc mécanique : c'est le cas de l'alumine. Ils sont, par contre, très sensibles aux chocs thermiques lorsqu'ils sont mauvais conducteurs de la chaleur : un gradient de température provoque une contrainte mécanique d'autant plus...
