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¿Qué es un supercondensador, supercapacitador o ultracondensador?

¿Qué es un supercondensador, supercapacitador o ultracondensador?

El supercondensador es una forma especializada de condensador que ofrece niveles extremadamente altos de capacitancia, a veces hasta muchos faradios.

Los supercondensadores también se pueden conocer como supercaps, ultracondensadores y algunos tipos se conocen como condensadores de doble capa debido a su estructura.

Conceptos básicos de la tecnología de supercondensadores

La tecnología detrás de los supercondensadores es diferente a la de un condensador ordinario. Tiene que adoptar un enfoque diferente para permitir que se alcancen los valores ultra altos de capacitancia.

Hay varios tipos de tecnología de supercapacitores o ultracondensadores que se pueden utilizar, pero el más ampliamente adoptado es el conocido como condensador de doble capa, DLC.

El supercondensador DLC utiliza una tecnología basada en carbono que utiliza un electrolito orgánico. Esta tecnología es más fácil de fabricar que los otros tipos y, por lo tanto, ha ganado una mayor aceptación.

Al igual que los condensadores tradicionales, los supercondensadores tienen dos placas de metal. Estas placas están recubiertas con carbón activado, que es un material poroso similar a una esponja. Estas placas están sumergidas en un electrolito que contiene iones positivos y negativos. Una placa o electrodo recubierto de carbono es positivo y el otro es negativo. Durante la carga, los iones del electrolito se acumulan en la superficie de cada placa recubierta de carbono.

A medida que se produce la carga, los electrodos de carbono tienen dos capas de carga que recubren sus superficies y esto da lugar al nombre de condensadores de doble capa. La distancia entre las dos capas de carga en el electrodo es excesivamente pequeña y esto significa que se pueden alcanzar niveles de capacitancia muy altos. Además, como hay capas de carga en cada electrodo, en efecto, un supercondensador es en realidad dos condensadores en serie, uno en cada electrodo.

Hay dos tipos de condensadores de doble capa que resultan de diferentes mecanismos de almacenamiento de carga:

  • Condensador eléctrico de doble capa: Un EDLC almacena energía en la doble capa en la interfaz electrodo / electrolito. En este tipo de condensador, el material del electrodo utilizado para la construcción de la celda del primero es principalmente material de carbono.
  • Condensador electroquímico de doble capa o super / pseudocondensador: El supercondensador mantiene una reacción farádica entre el electrodo y el electrolito en una ventana de potencial adecuada. En este tipo de supercondensador, el material del electrodo consiste en óxidos de metales de transición o mezclas de óxidos / polímeros de carbono y metales.

Para ambos tipos de condensadores, los electrolitos pueden ser acuosos o no acuosos, dependiendo del modo de construcción de la celda del condensador.

Es por esta razón que los supercondensadores y los condensadores de doble capa pueden comercializarse por separado con nombres diferentes. A menudo, los condensadores de doble capa no tienen un nivel de capacitancia tan alto.

Aplicaciones de supercondensadores

La capacitancia muy alta de los supercondensadores los hace ideales para una variedad de aplicaciones diferentes, la mayoría de las cuales están asociadas con fuentes de alimentación.

Uno de los usos principales está dentro de los suministros de retención para memorias, donde permiten que las memorias que pueden depender de sus suministros retengan los datos incluso si se corta la energía.

También se utilizan dentro de fuentes de alimentación ininterrumpidas, UPS, donde pueden proporcionar altos niveles de potencia durante un breve intervalo, suficiente para mantener el equipo en funcionamiento hasta que vuelva la alimentación o se inicie una fuente de respaldo.

Los supercondensadores también están comenzando a usarse dentro de los vehículos para proporcionar una capacidad de mejora de carga máxima para la fuente de energía. También se están utilizando en sistemas de frenado regenerativo donde almacenan la energía recuperada durante el frenado para su uso posterior.

Comparación de supercondensador vs batería

El supercondensador y algunas tecnologías de batería compiten por algunas aplicaciones. Vale la pena echar un vistazo a la comparación entre un supercondensador típico y una tecnología de batería de iones de litio de alta capacidad utilizada en la actualidad. La tecnología de iones de litio se ha tomado para la comparación porque es la tecnología de batería de mayor densidad de uso generalizado en la actualidad.

Las comparaciones realizadas son solo para una evaluación aproximada y cualquier decisión debe basarse en la cifra exacta obtenida de los fabricantes para los dispositivos que se están considerando, porque la tecnología en ambas áreas avanza rápidamente.

Comparación entre supercondensador y batería de iones de litio
ParámetroSupercondensadorIones de litio
Voltaje de celda2,3 - 2,7 V3,6 V
Tiempo de carga1-10 segundos10 - 60 minutos
Vida útil (ciclos de carga / descarga)~ 1 millón500 - 3000
Energía específica (Wh / kg)~5100 - 200
Potencia específica (W / kg)hasta 100001000 - 3000
Mantenimiento de voltaje de salidaPobreBueno
La seguridadRelativamente seguro cuando se abusaMenos seguro y se sabe que explotan en raras ocasiones.
Costo por Wh~ 20 unidades~ 1 unidad
Vida de servicio~ 10 años~ 5 años
Rango de temperatura de funcionamiento~ -40 hasta + 65 ° C~ 0 hasta + 40 ° C

Limitaciones de supercaps

El supercondensador o ultracondensador se usa ampliamente para muchas aplicaciones y los componentes están disponibles en muchos proveedores y distribuidores. Sin embargo, hay algunos puntos que deben tenerse en cuenta al considerar incorporar uno en un nuevo diseño:

  • Voltaje máximo: Hay un voltaje máximo para ultracondensadores. Se pueden fabricar otros tipos de capacitores para operar a altos voltajes, pero los supercondensadores generalmente están restringidos a voltajes de operación en la región de 2.5 - 2.7V. Es posible fabricarlos para operar por encima de 2.8V pero se encuentra que la vida operativa se reduce.
  • Operación en serie: Para lograr voltajes operativos más altos para los supercondensadores, se pueden colocar en serie. Esto reduce la capacitancia total como es el caso de cualquier capacitor colocado en serie. Además, si es necesario colocar más de tres condensadores en serie, es necesario implementar técnicas de equilibrio de voltaje. Como es probable que las corrientes de fuga a través de los condensadores sean diferentes, el voltaje dividido entre los condensadores no será igual y uno o más pueden entrar en una posición de sobretensión.
  • Autodescarga: La autodescarga de supercondensadores puede ser un problema en algunas circunstancias. Es el resultado del electrolito utilizado y significa que la energía almacenada puede disminuir en un 50% o más en aproximadamente un mes. En comparación, una batería de níquel (NiCd o NiMH) se autodescarga en aproximadamente un 10% o más al mes y una batería de iones de litio en aproximadamente un 5% al ​​mes.

Generalmente, las limitaciones de los supercaps no son un problema importante. Normalmente se pueden superar en aquellas áreas en las que son un problema y en algunas es posible que no causen ningún problema.

Resumen de condensadores supercondensadores

La siguiente tabla proporciona algunas de las características más destacadas de algunos de los condensadores de película metálica más utilizados que se pueden tener en cuenta al diseñar circuitos o reemplazar componentes antiguos.

Supercondensador, resumen de supercapacidad
ParámetroDetalles
Rango de valores~ 0.1 Faradios hacia arriba
Tensión de trabajoNormalmente 2,5 - 2,8 V

Ver el vídeo: New Invention! Make 1000 Amps Welding Machine using 12V UPS Battery and 220V Capacitor Bank (Octubre 2020).