Supercapacitores — dispositivo, aplicação prática, vantagens e desvantagens

O que é um supercapacitor

Supercapacitores ou supercapacitores se assemelham a capacitores eletrolíticos comuns, embora difiram destes últimos em uma capacidade elétrica muito maior (capacitores extremamente grandes). Em termos de suas propriedades, um ionistor é um cruzamento entre uma bateria e um capacitor. Seu dispositivo pode ser descrito como um capacitor com uma dupla camada elétrica, não é à toa que os supercapacitores são chamados de EDLC - Capacitor elétrico de dupla camada em recursos ingleses.

Tal capacitor funciona graças aos processos eletroquímicos que ocorrem nele, e não simplesmente devido ao campo elétrico armazenado no dielétrico entre as placas, como em um capacitor convencional. Não há camada dielétrica clássica entre as placas, e as próprias placas são feitas de substâncias diferentes em portadores de carga do tipo oposto.

Na medida em que capacitância do capacitor é diretamente proporcional à área de suas placas; para obter uma grande capacidade, é necessário ter uma extensa área das placas. É por esta razão que os eletrodos do supercapacitor são geralmente feitos de espuma de carbono, o que dá uma área muito significativa de «placas».

Os eletrodos são separados por um separador e estão em um ácido sólido ou eletrólito alcalino. O separador elimina um curto-circuito entre os eletrodos. O eletrólito cristalino de rubídio, prata e iodo permite criar ionistores de alta capacidade, baixa autodescarga e resistentes a baixas temperaturas.

Supercapacitores com baixa resistência interna são obtidos, por exemplo, com base em solução de ácido sulfúrico, mas a tensão operacional de tais supercapacitores é limitada a 1 volt, além disso, tais soluções são tóxicas, por isso raramente são usadas.

Uma reação eletroquímica no supercapacitor faz com que alguns dos elétrons deixem os eletrodos, o que os carrega positivamente. Os íons negativos são atraídos pelo eletrólito para os eletrodos carregados positivamente. Isso forma uma camada elétrica.

Como resultado, a carga do supercapacitor é armazenada na interface entre o carbono e o eletrólito, e a espessura da camada elétrica formada por cátions e ânions é de apenas 1-5 nm, o que equivale a uma distância muito pequena entre as placas do capacitor . Isso resulta em uma capacitância significativa medida em farads. O supercapacitor é polar, portanto, ao ser conectado ao circuito, é necessário observar a polaridade correta.

Aplicação de supercapacitores

Hoje, os supercapacitores são frequentemente encontrados na tecnologia digital como fontes de alimentação de backup para microcontroladores, circuitos de memória, chips CMOS, relógios eletrônicos e muito mais.

Quando usados ​​em conjunto com baterias, os supercapacitores também podem aumentar a eficiência e permitir reduções no peso e tamanho das baterias, fornecendo energia adicional durante picos de carga.

Estando em uma posição intermediária entre capacitores e baterias, os supercapacitores são aplicáveis ​​em vários campos: armazenamento de energia em sistemas de frenagem regenerativa, aplicações de baixa potência e aplicações de carregamento rápido (relâmpago, player, memória, etc.).

O futuro provavelmente incluirá dispositivos eletrônicos portáteis, carros elétricos e qualquer coisa que funcione com baterias hoje, com a vantagem de que podem ser carregadas em minutos. Os supercapacitores também são indispensáveis ​​quando um grande número de ciclos de carga-descarga é necessário em condições de consumo de energia de curto prazo.

Listamos apenas algumas das áreas de aplicação bem-sucedida de supercapacitores hoje:

• energia eólica,
• equipamento médico,
• fonte de energia redundante,
• reserva de energia,
• regeneração de energia de frenagem,
• alimentos para eletrônicos de consumo e utensílios de cozinha,
• alimentando LEDs e sensores,
• memória de backup,
• manter o fornecimento de energia de fechaduras eletrônicas,
• estabilização de tensão.

Vantagens e desvantagens

As desvantagens dos supercapacitores incluem uma baixa tensão operacional (até 2,7 volts por célula, o que leva à necessidade de coletar supercapacitores em baterias) e um preço bastante alto em comparação com baterias e capacitores.

Características positivas dos supercapacitores: velocidade de carga e descarga, recurso de centenas de milhares de ciclos, sem manutenção, tamanho e peso pequenos, facilidade de uso, ampla faixa de temperaturas operacionais, longa vida útil.

Veja também: Qual é a diferença entre baterias e capacitores