Les années pionnières de l'histoire des condensateurs ont été une époque où les condensateurs étaient principalement utilisés pour acquérir une compréhension précoce de l'électricité, avant même la découverte de l'électron. C'était aussi un moment pour faire des démonstrations de salon, comme avoir une ligne de personnes se tenant la main et déchargeant un condensateur à travers elles. L'ère moderne des condensateurs commence à la fin des années 1800 avec l'aube de l'ère de l'application pratique de l'électricité, nécessitant des condensateurs fiables dotés de propriétés spécifiques.

JARRES DE LEYDE

Marconi avec appareil de transmission, publié sur LIFE [domaine public], via Wikimedia Commons

Une telle utilisation pratique était dans les émetteurs à éclateur sans fil de Marconi commençant juste avant 1900 et dans la première et la deuxième décennie. Les émetteurs ont construit une haute tension pour se décharger à travers un éclateur et ont donc utilisé des condensateurs en porcelaine pour résister à cette tension. La haute fréquence était également nécessaire. Il s'agissait essentiellement de bocaux Leyden et obtenir les capacités requises prenait beaucoup de place.

MICA

En 1909, William Dubilier a inventé des condensateurs au mica plus petits qui ont ensuite été utilisés du côté réception pour les circuits résonnants dans le matériel sans fil.

Les premiers condensateurs au mica étaient essentiellement des couches de mica et de feuilles de cuivre serrées ensemble comme ce qu'on appelait des « condensateurs au mica serrés ». Ces condensateurs n'étaient cependant pas très fiables. N'étant que des feuilles de mica pressées contre des feuilles métalliques, il y avait des espaces d'air entre le mica et les feuilles. Cet espace permettait l'oxydation et la corrosion, et signifiait que la distance entre les plaques était sujette à changement, modifiant la capacité.

Dans les années 1920, des condensateurs au mica argenté ont été développés, ceux où le mica est recouvert des deux côtés avec le métal, éliminant les entrefers. Avec un revêtement métallique mince au lieu de feuilles plus épaisses, les condensateurs pourraient également être plus petits. Ceux-ci étaient très fiables. Bien sûr, nous ne nous sommes pas arrêtés là. L'ère moderne des condensateurs a été marquée par une percée après l'autre pour une histoire fascinante. Nous allons jeter un coup d'oeil.

CÉRAMIQUE

MLCC autour d'un microprocesseur. Par Elcap [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Dans les années 1920, le mica n'était pas aussi abondant en Allemagne et ils ont donc expérimenté de nouvelles familles de condensateurs céramiques, découvrant que le dioxyde de titane (rutile) avait une dépendance linéaire à la température de la capacité pour la compensation de température et pouvait remplacer les condensateurs au mica. Ils ont été produits en petites quantités au début et en plus grandes quantités dans les années 1940. Ils étaient constitués d'un disque métallisé des deux côtés.

Pour obtenir une capacité plus élevée, une autre céramique, le titanate de baryum, a été utilisée, car elle avait 10 fois la permittivité du mica ou du dioxyde de titane. Cependant, ils avaient des paramètres électriques moins stables et ne pouvaient remplacer le mica que là où la stabilité était moins importante. Cela a été amélioré après la Seconde Guerre mondiale.

Une société américaine lancée en 1961 a lancé le condensateur céramique multicouche (MLCC) qui était plus compact et avait une capacité plus élevée. Depuis 2012, plus de 10 ^ 12 MLCC en titanate de baryum sont produits chaque année.

ALUMINIUM ÉLECTROLYTIQUE

Condensateur électrolytique

Dans les années 1890, Charles Pollak a découvert qu'une couche d'oxyde sur une anode en aluminium était stable dans une solution neutre ou alcaline et a obtenu un brevet en 1897 pour un condensateur en aluminium à électrolyte de borax. Les premiers condensateurs électrolytiques "humides" sont brièvement apparus dans les radios dans les années 1920 mais avaient une durée de vie limitée. On les appelait «humides» en raison de leur forte teneur en eau. Il s'agissait essentiellement d'un récipient avec une anode métallique immergée dans une solution de borax ou d'un autre électrolyte dissous dans l'eau. L'extérieur du récipient faisait office d'autre plaque. Ceux-ci étaient utilisés dans les grands centraux téléphoniques pour réduire le bruit des relais.

Le brevet de l'ancêtre moderne du condensateur électrolytique a été déposé en 1925 par Samual Ruben. Il a pris en sandwich un électrolyte de type gel entre l'anode recouverte d'oxyde et la deuxième plaque, une feuille de métal, éliminant ainsi le besoin d'un récipient rempli d'eau. Le résultat a été le condensateur électrolytique "sec". Un autre ajout était un espace papier entre les tours des feuilles. Tout cela a considérablement réduit la taille et le prix.

En 1936, la société Cornell-Dubilier a présenté ses condensateurs électrolytiques en aluminium, y compris des améliorations telles que la rugosité de la surface de l'anode pour augmenter la capacité. L'Hydra-Werke, une société AEG, a commencé la production de masse à Berlin, en Allemagne, au même moment.

Après la Seconde Guerre mondiale, le développement rapide de la technologie de la radio et de la télévision a conduit à de plus grandes quantités de production ainsi qu'à une variété de styles et de tailles. Les améliorations comprenaient la réduction des courants de fuite et de la résistance série équivalente (ESR), des plages de température plus larges et des durées de vie plus longues grâce à l'utilisation de nouveaux électrolytes à base de matières organiques. D'autres développements des années 1970 aux années 1990 comprenaient également la réduction des courants de fuite, une réduction supplémentaire de l'ESR et des températures plus élevées.

Ce qui est devenu connu sous le nom de "peste des condensateurs" s'est produit au cours des années 2000 à 2005, peut-être en raison de l'utilisation d'une recette volée mais sans certaines substances stabilisantes entraînant une défaillance prématurée.

ÉLECTROLYTIQUE AU TANTALE

Un condensateur au tantale à montage en surface. Par Epop [domaine public], via Wikimedia Commons

Les condensateurs électrolytiques au tantale ont d'abord été fabriqués à des fins militaires dans les années 1930. Ceux-ci utilisaient des feuilles de tantale enroulées et un électrolyte non solide. Dans les années 1950, Bell Laboratories a fabriqué les premiers condensateurs au tantale à électrolyte solide. Ils ont broyé le tantale en poudre et l'ont fritté sous forme de cylindre. Au début, un électrolyte liquide a été utilisé, mais ils ont ensuite découvert que le dioxyde de manganèse pouvait être utilisé comme électrolyte solide.

Bien que Bell Labs ait réalisé les inventions fondamentales, en 1954, la Sprague Electric Company a apporté des améliorations au processus, produisant les premiers condensateurs à électrolyte solide au tantale commercialement viables.

1975 a vu l'émergence de condensateurs électrolytiques au tantale polymère avec des polymères conducteurs à conductivité beaucoup plus élevée remplaçant le dioxyde de manganèse conduisant à une ESR plus faible. NEC a lancé ses condensateurs au tantale polymère en 1995 pour les CMS (dispositifs à montage en surface) suivis par Sanyo en 1997.

Le minerai de tantale est soumis à des chocs de prix et deux événements de ce type se sont produits en 1980 et 2000/2001. Ce dernier choc a conduit au développement de condensateurs électrolytiques au niobium avec un électrolyte au dioxyde de manganèse offrant des propriétés à peu près les mêmes que les condensateurs au tantale.

FILM POLYMÈRE

Condensateurs à film. Elcap [CC-BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Le condensateur en papier métallisé a été breveté en 1900 par GF Mansbridge. La métallisation a été réalisée en enduisant le papier d'un liant chargé de particules métalliques. Ceux-ci étaient couramment utilisés au début des années 1900 comme condensateurs de découplage dans la téléphonie (télécommunications). Pendant la Seconde Guerre mondiale, Bosch a amélioré le processus et les a fabriqués en enduisant le papier de laque et en utilisant le dépôt sous vide de métal pour le recouvrir. Vers 1954, Bell Labs a fabriqué un film de laque métallisée de 2,5 µm d'épaisseur séparé du papier, ce qui a donné des condensateurs beaucoup plus petits. Cela peut être considéré comme le premier condensateur à film polymère.

Les recherches sur le plastique menées par les chimistes organiques pendant la Seconde Guerre mondiale ont permis d'aller plus loin. En 1954, le premier
condensateur mylar en faisait partie. Mylar a été déposé par Dupont en 1952 et est un PET (polyéthylène téréphtalate) très résistant. En 1954, un condensateur à film mylar métallisé de 12 um a été produit. En 1959, la liste comprenait des condensateurs fabriqués avec du polyéthylène, du polystyrène, du polytétrafluoroéthylène, du PET et du polycarbonate. En 1970, les services publics d'électricité utilisaient des condensateurs à film sans papier.

DOUBLE COUCHE (SUPERCAPACITÉS)

Supercondensateurs, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Cela nous amène au dernier de nos types de condensateurs, et à ceux qui sont assez excitants avec des capacités de milliers de farads. Au début des années 1950, les chercheurs de General Electric ont utilisé leur expérience des piles à combustible et des batteries rechargeables pour expérimenter des condensateurs à électrodes en carbone poreux. Cela a conduit H. Becker à breveter le condensateur en tant que "condensateur électrolytique basse tension avec des électrodes en carbone poreux", ne comprenant pas le principe sous-jacent qui conduit à la capacité extrêmement élevée. GE n'a pas poussé plus loin.

Standard Oil of Ohio a développé une autre version et l'a finalement autorisée dans les années 1970 à NEC qui l'a finalement commercialisée sous le nom de marque, supercondensateur. Il était évalué à 5,5 V et avait des capacités allant jusqu'à 1 F. Ils mesuraient jusqu'à 5 cm ^ 3 et étaient utilisés comme alimentation de secours pour la mémoire de l'ordinateur.

Brian Evans Conway, professeur émérite à l'Université d'Ottawa, a travaillé sur les condensateurs électrochimiques à l'oxyde de ruthénium de 1975 à 1980. En 1991, il a décrit la différence entre les supercondensateurs et les batteries dans le stockage électrochimique, donnant une explication complète en 1999 tout en inventant à nouveau le terme supercondensateur.

Les produits et les marchés se sont développés lentement avec des noms de produits tels que Goldcaps, Dynacap et PRI Ultracapacitor, ce dernier étant le premier supercondensateur à faible résistance interne développé en 1982 par le Pinnacle Research Institute (PRI) à des fins militaires.

Les développements relativement récents sur le marché incluent les condensateurs lithium-ion qui dopent l'anode de charbon actif avec des ions lithium. Ceux-ci ont des capacités dans les milliers de farads (4 chiffres) à environ 2,7 V.

CONCLUSION

Sur la base de vos commentaires en réponse à notre article sur l'histoire du condensateur - Les années pionnières  , l'utilisation du terme condenseur plutôt que condensateur ne manque pas. Alors d'où vient le terme condensateur ? Cela semble être inconnu, mais l'Oxford English Dictionary cite le Glossaire des termes de l'ingénierie électrique de la BSI (British Standards Institution?) de 1922 qui dit que «condensateur» est un «nouveau terme» et suggère qu'il soit utilisé pour éviter toute confusion avec la vapeur 'condenseur'.

Source : HACKADAY