Brevet FR3089691A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : UTILISATION D'AU MOINS UN OXYDE MIXTE D'URANIUM COMME MATERIAU ACTIF D'UNE ELECTRODE DE SUPERCONDENSATEUR ET SUPERCON- DENSATEUR COMPRENANT UN TEL MATERIAU ACTIF Domaine technique [0001] La présente invention a trait à l'utilisation d'au moins un oxyde mixte d'uranium comme matériau actif d'un dispositif électrochimique du type supercondensateur, une électrode d'un dispositif du type supercondensateur comprenant un tel matériau actif et à un dispositif du type supercondensateur comprenant une telle électrode. [0002] Les dispositifs du type supercondensatcur trouvent leur application dans de nombreux domaines, nécessitant des densités de puissance élevées et des restitutions d'énergie massives et très rapides, notamment dans l'alimentation des systèmes embarqués, comme les défibrillateurs, dans l'alimentation des téléphones mobiles ou encore dans l'alimentation des véhicules, par exemple, les voitures électriques (les dispositifs de type supercondcnstatcur pouvant assurer un rôle de tampon entre le variateur de vitesse et les batteries), les locomotives (les dispositifs de type supercondensateur pouvant assurer le rôle d'alimentation du démarreur) ou encore les éoliennes (les dispositifs de type supercondensateur pouvant assurer l'alimentation pour le contrôle d'orientation des pales). Technique antérieure [0003] Les supercondcnsatcurs (pouvant âtre également qualifiés de supercapacités) constituent des dispositifs à stockage d'énergie permettant d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie intermédiaires entre celles obtenues pour des batteries électrochimiques et des condensateurs électrolytiques classiques et présentent pour particularité de permettre de restituer plus rapidement de l'énergie que n'est apte à le faire une batterie électrochimique. [0004] Du point de vue du fonctionnement, les supercondensatcurs fonctionnent sur le principe de la double couche électrochimique, d'où l'appellation anglo-saxonne parfois rencontrée de «Electrochemical double layer capacitor » (connue également sous l'abréviation EDLC), soit, en d'autres termes, sur le principe de stockage d'énergie par distribution, au sein d'au moins une cellule, des ions provenant d'un électrolyte au voisinage de la surface de deux électrodes poreuses (respectivement, une électrode positive et une électrode négative) imprégnées d'un électrolyte ionique et séparées par une membrane poreuse permettant d'assurer une isolation électronique entre les 2 électrodes, tout en permettant un passage facile des ions de l'électrolyte. [0005] Ainsi, plus spécifiquement, une cellule de base d'un supercondensateur peut se résumer aux éléments suivants : -une électrode positive ; -une interface électrode positive/électrolyte formant une double couche électrochimique ; -une membrane poreuse imprégnée par ledit électrolyte ; -une électrode négative ; et -une interface électrode négative/électrolyte formant une double couche électrochimique. [0006] Du fait de l'existence de ces deux interfaces formant chacune une double couche électrochimique, un supercondensateur peut être considéré comme l'association en série de deux condensateurs, l'un à l'électrode positive et l'autre à l'électrode négative, ces deux condensateurs étant créés par application d'un courant aux bornes du super-condensateur, ce qui crée une zone de charges aux deux interfaces électrode-électrolyte, l'énergie étant ainsi stockée de façon électrostatique. [0007] Il est connu des supercondensateurs, dont les deux électrodes (électrode positive et électrode négative) sont toutes deux à base de carbone activé et l'électrolyte à hase d'ions lithium, ce type de supercondensateurs présentant une forte densité de puissance, une cyclahilité élevée mais toutefois une densité d'énergie faible liée à la fois à la capacité moyenne du supercondensateur (celle-ci étant de l'ordre de 10 Wh/ kg) et à la tension de fonctionnement, les facteurs limitatifs étant les suivants : -la tension de fonctionnement doit être relativement faible (de l'ordre de 2,7 à 2,8 V) pour conserver une durée de vie élevée et une autodécharge contrôlée, le phénomène d'autodécharge étant plus élevé que celui des batteries ; -la capacité volumique des matériaux d'électrode ; et -les constituants passifs (tels que les collecteurs, les séparateurs, le boîtier), qui peuvent nuire aux performances du dispositif, ce qui amène les concepteurs à réduire ce type de constituants. [0008] En variante des supercondensateurs dont les deux électrodes sont à base de carbone activé, il a été mis au point des supercondensateurs dont le carbone activé a été remplacé par un matériau apte à subir une réaction redox de surface, c'est-à-dire induisant peu de modifications de la structure du matériau contrairement aux réactions redox se produisant avec des matériaux actifs de batterie, ladite réaction redox de surface devant être réversible. [0009] Un exemple de matériau souscrivant à ces principes est l'oxyde de ruthénium RuO2, qui a la capacité à voir son degré d'oxydation être modifié facilement par simple ac- ceptation/cession d'ions H+ comme figuré dans l'équation chimique suivante : 3 Rua, + ne- + e Ru0,_'(OH)' avec 0