Cómo funcionan los supercondensadores

Cómo funcionan los supercondensadores

En este post vamos a entender qué es un supercondensador, qué tan parecido o diferente a un condensador ordinario, dónde se usa y haremos una comparación entre baterías y supercondensadores para descubrir cuál de ellos es superior.



Entendamos los conceptos básicos de un condensador ordinario.

Cómo funciona el condensador ordinario

Un condensador es un componente electrónico pasivo que puede almacenar una pequeña cantidad de energía electrostática entre el material dieléctrico y conductor entrelazado.





Podemos cargar y descargar el condensador a una velocidad rápida debido a esta propiedad, los usamos como suavizadores de voltaje en todos los circuitos de suministro de energía.

Todos los condensadores tienen alguna especificación recubierta en el cuerpo, como la temperatura de funcionamiento, el voltaje de funcionamiento y el valor del condensador, que generalmente varía desde unos pocos pico-faradios hasta unos pocos miles de micro-faradios.



Los condensadores que encontramos normalmente en la electrónica de consumo son de cerámica, poliéster, papel, etc. Estos tipos de condensadores suelen tener una baja capacitancia en el rango de unos pocos pico-faradios a menos de un micro-faradio.

Los que tienen mayor capacitancia son de tipo electrolítico, que tienen capacitancia que van desde 0.1uF hasta varios miles de microfaradios.

El condensador electrolítico aumenta su capacidad de almacenamiento de carga agregando un tejido empapado con algún electrolito químico como dieléctrico y cualquiera de los lados con papel de aluminio, como se muestra en la figura.

Disposición interna de los supercondensadores

La pila de aluminio y tejido se enrolla en forma de cilindro y se aloja en un chasis de aluminio. El diámetro del rollo, la altura y el grosor del tejido determina los diversos parámetros del condensador.

Los condensadores electrolíticos están polarizados, lo que significa que tiene terminales de ánodo y cátodo y no debemos intercambiar la polaridad de alimentación de entrada al condensador como lo hacemos en otro tipo de condensadores.

Cómo funcionan los supercondensadores

El supercondensador también se llama Ultracapacitor o condensador de doble capa. El supercondensador tiene una enorme capacidad de almacenamiento de carga y generalmente se mide en Faradios (sin prefijos micro, pico o nano).

Un supercondensador puede variar desde unos pocos Faradios hasta unos pocos miles de Faradios. A diferencia de los condensadores ordinarios, el supercondensador tiene un voltaje de funcionamiento más bajo, que suele estar entre 2,5 V y 2,7 ​​V.

Están conectados en configuración en serie y en paralelo para aumentar el rendimiento del banco de condensadores.
Los supercondensadores se utilizan donde las baterías no pueden manejar la tarea dada de manera eficiente, para un frenado regenerativo instantáneo en los vehículos. La energía cinética se convierte en energía eléctrica y se almacena durante un tiempo y se reutiliza para acelerar el vehículo.

Este mecanismo mejora la eficiencia general del vehículo. Pero usando solo baterías, la captura de energía no es eficiente. Muchos fabricantes de automóviles están experimentando con supercondensadores en combinación con baterías y, según se informa, han mejorado la eficiencia general del sistema.

El supercondensador tiene mejores ciclos de carga y descarga en comparación con las baterías. Una batería de iones de litio típica que se encuentra en nuestros teléfonos inteligentes tiene aproximadamente 1000 ciclos de carga y descarga, mientras que un supercondensador tiene más de 1 millón de ciclos de carga y descarga.

Las baterías deterioran su capacidad efectiva cuando la batería se descarga por debajo de cierto voltaje durante un tiempo prolongado. Un supercondensador no tiene tales límites, puede llegar hasta cero voltios.

Pero dejar cualquier capacitor durante un período prolongado de tiempo, como un año aproximadamente, sin cargar también puede deteriorar su capacidad de retención de carga debido a alguna reacción química entre las placas del capacitor.

Construcción de supercondensador:

La construcción de los supercondensadores es fundamentalmente la misma que la de los condensadores ordinarios, solo que la diferencia es el tipo de material utilizado y se utiliza algún método para aumentar la capacidad de almacenamiento de energía.

Los supercondensadores tienen placas conductoras a cada lado del separador empapadas en electrolito y el separador es un material dieléctrico muy delgado hecho de plástico, carbón o papel.

El separador se hace muy delgado en comparación con el condensador ordinario para aumentar la eficiencia de la transferencia de iones entre placas.

Los supercondensadores a veces se denominan de doble capa, esto se debe a que cuando las placas de ambos lados se cargan, se produce una carga en ambos lados del separador, como se muestra en la figura.

Cómo funcionan los supercondensadores

A estas alturas ya tendrá una idea sobre el supercondensador y su funcionamiento fundamental.

Batería vs supercondensador:

Comparemos la densidad de energía y el peso en baterías y supercapacidades.

El ion de litio y el polímero de litio tienen la densidad de energía más alta en comparación con cualquier otra tecnología de batería disponible comercialmente. Esta es la razón por la que nuestros teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos portátiles están construidos con polímero de iones de litio.

La densidad de energía de las supercápsulas es bastante baja en comparación con las baterías de litio, por lo que es ideal solo para dispositivos no portátiles.

Los supercaps son muy buenos para cargar y descargar rápidamente. Esto no se puede lograr con la batería debido a la mayor resistencia interna en todo tipo de baterías.

Si intentamos descargar la batería más allá de su límite de corriente más seguro, podríamos dañar la batería. Esto se debe a que las baterías poseen resistencia interna y generan calor. La energía térmica generada es suficiente para crear un daño irreversible a la capacidad de la batería.

En los supercaps, la resistencia interna es muy pequeña, incluso más pequeña que la resistencia interna en algunas baterías de automóvil que está diseñada para proporcionar alta corriente. La posibilidad de que el supercondensador se dañe debido a la térmica es bastante baja.

Las baterías pueden mantener la carga durante un período de tiempo muy largo, pero para los supercaps, la autodescarga es un problema y no es adecuada para almacenar energía durante un período de tiempo prolongado.

Ahora es el momento de la conclusión

Entonces, ¿cuál de ellos es superior? Probablemente ninguno de ellos sea superior al otro. Las baterías tienen una gran portabilidad pero las supercaps tienen una tasa de carga y descarga muy alta. Al final del día depende de la aplicación que usemos y esta decide cuál de ellas es la más adecuada.

Háganos saber en la sección de comentarios, ¿cree que algún día los supercondensadores reemplazarán las baterías debido al rápido desarrollo de la tecnología?




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