¿Qué Es Un Supercondensador, Supercapacitador O Ultracapacitador?

El supercondensador es una forma especializada de condensador que ofrece niveles excesivamente altos de capacitancia - a veces hasta muchos faradios. Los súper condensadores también pueden ser conocidos como supercapsulados, ultracondensadores y algunos tipos son conocidos como condensadores de doble capa debido a su estructura.

Fundamentos de la tecnología de los supercapacitores

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

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Hay varios tipos de tecnología de supercapacitores o ultracapacitores que pueden ser utilizados, pero el más ampliamente adoptado es conocido como el condensador de doble capa, DLC.

El supercapacitador DLC utiliza una tecnología basada en el 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.

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Como los condensadores tradicionales, los supercapacitores 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 recubierta de carbono, o electrodo, es positiva, y la otra es negativa. 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 extremadamente 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 supercapacitador es en realidad dos capacitores en serie, uno en cada electrodo

Hay dos tipos de condensadores de doble capa resultantes 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 de electrodo usado para la construcción de la célula para el primero es principalmente material de carbono.
• Condensador electroquímico de doble capa o super/pseudo-condensador: el supercondensador sostiene una reacción farádica entre el electrodo y el electrolito en una ventana de potencial adecuada. En este tipo de supercapacitor el material del electrodo consiste en óxidos de metales de transición o mezclas de carbono y óxidos/polímeros metálicos

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

Por esta razón, para los supercapacitores y los condensadores de doble capa pueden comercializarse por separado utilizando diferentes nombres. A menudo los condensadores de doble capa no tienen un nivel de capacitancia tan alto.

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Aplicaciones de los supercondensadores

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

Uno de los principales usos es dentro de las fuentes de alimentación para memorias, donde permiten que las memorias que pueden depender de sus fuentes retengan los datos incluso si se les quita la alimentación.

También se utilizan en las fuentes de alimentación ininterrumpida, UPS, donde son capaces de proporcionar altos niveles de potencia durante un corto intervalo, suficiente para mantener el equipo funcionando hasta que el equipo regrese o se inicie un suministro de reserva...

También se están empezando a utilizar supercondensadores dentro de los vehículos para proporcionar una capacidad de aumento de la carga máxima de la fuente de energía. También se están utilizando en los sistemas de frenado regenerativos, donde almacenan la energía recuperada durante el frenado para su uso posterior.

Comparación de los supercondensadores con las baterías

El supercapacitor y algunas tecnologías de baterías compiten por algunas aplicaciones. Merece la pena echar un vistazo a la comparación entre un supercapacitador típico y una tecnología de baterías de alta capacidad de iones de litio utilizada hoy en día. La tecnología de iones de litio se ha tomado para la comparación porque es la tecnología de baterías de mayor densidad de uso generalizado hoy en día.

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

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Limitaciones de las supercapsulas

El supercapacitador o ultracapacitador se utiliza 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 la incorporación de uno en un nuevo diseño:

• Máximo voltaje: Hay un voltaje máximo para los ultracondensadores. Se pueden fabricar otros tipos de condensadores para funcionar a altos voltajes, pero los supercapacitores generalmente se limitan a voltajes de funcionamiento en la región de 2,5 - 2,7V. Es posible fabricarlos para funcionar por encima de 2,8V pero se constata que la vida útil se reduce.

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• Operación de la serie: Para lograr mayores voltajes de operación para los supercapacitores, pueden ser colocados en serie. Esto reduce la capacitancia total como es el caso de cualquier condensador 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, la división de voltaje a través de los condensadores no será igual y uno o más pueden entrar en posición de sobretensión.
• Autodescarga: La autodescarga de los supercapacitores 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 un mes más o menos. En comparación, una batería de níquel (NiCd o NiMH) se autodescarga en un 10% o más al mes y una batería de Li-ion en un 5% al mes.

Generalmente, las limitaciones de las supercapsulas no son un problema importante. Normalmente se pueden superar en aquellas áreas en las que son un problema, y en algunas puede que no causen ningún problema.

Resumen de los condensadores de los supercondensadores

En el cuadro que figura a continuación se presentan algunas de las características más destacadas de algunos de los condensadores de película metálica más utilizados, que pueden tenerse en cuenta al diseñar los circuitos o sustituir los componentes antiguos.

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