Comprender los supercapacitores y sus aplicaciones

Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía de vanguardia que ofrecen una amplia gama de características deseables, incluyendo alta capacitancia, alta densidad de potencia y largos tiempos de ciclo. También conocidos como ultracondensadores, los supercondensadores cubren eficazmente el vacío que actualmente existe entre los condensadores electrolíticos y las baterías recargables.

Un supercondensador de doble capa típico es diferente de un condensador convencional en dos aspectos importantes. Las placas metálicas de un supercondensador presentan una superficie significativamente mayor que en un condensador ordinario, y la distancia entre las placas es considerablemente menor, ya que el separador entre ellas funciona de manera diferente a un dieléctrico convencional.

En una batería, la carga y la descarga son reacciones electroquímicas. Los supercondensadores almacenan la carga de manera electrostática en sus placas de alta superficie. Estos dispositivos almacenan menos energía, pero pueden cargarse o descargarse en segundos. Por lo tanto, las aplicaciones de los supercondensadores se utilizan principalmente para suministrar ráfagas cortas de energía. Al menos en el futuro previsible, las baterías seguirán siendo la opción preferida para almacenar grandes cantidades de energía durante largos períodos de tiempo.

Beneficios de los supercondensadores

En las últimas décadas, los supercondensadores han evolucionado de ser una elección de diseño exótica y única a convertirse en una tecnología de uso habitual adecuada para aplicaciones que van desde respaldos de baterías hasta la prevención de la pérdida accidental de memoria de almacenamiento. Los ingenieros se sienten atraídos por los supercondensadores debido a los múltiples beneficios de esta tecnología, incluyendo un excelente rendimiento y fiabilidad.

Una característica clave de un supercondensador es que puede cargarse y descargarse cientos de miles de veces bajo condiciones normales. A diferencia de una batería electroquímica, que tiene un ciclo de vida definido, el ciclo de un supercondensador genera muy poco desgaste. Además, los supercondensadores ofrecen ciclos de carga/descarga más rápidos que las baterías.

Los supercondensadores son valorados por su capacidad de manejar corrientes a niveles que los dispositivos alternativos no pueden proporcionar debido a la ESR. Los supercondensadores también son capaces de soportar rangos de temperatura más amplios que las baterías.

Cuando se utiliza para soporte de baterías, la tecnología de supercondensadores puede extender significativamente la vida útil de las baterías primarias/secundarias, generalmente al menos 2 veces.

La seguridad es una consideración importante en muchos tipos diferentes de diseños de productos, particularmente en dispositivos móviles y portátiles. A diferencia de algunos tipos de baterías, como las de iones de litio (li-ion), que presentan un riesgo de incendio y explosión cuando se perforan, se sobrecargan, se sobrecalientan o se cortocircuitan, las fallas de los supercondensadores nunca son catastróficas. También son respetuosos con el medio ambiente, ya que no requieren las mismas precauciones al desecharse, a diferencia de las baterías.

Aprende más sobre las ventajas de los supercondensadores.

Tipos de supercondensadores

El rendimiento de un supercondensador depende en gran medida de su material de electrodo y del electrolito. Los electrodos de alta superficie de un supercondensador se forman a partir de un material poroso. La carga se almacena típicamente cerca de la frontera que existe entre el electrolito y el material del electrodo. Para los condensadores de doble capa, los electrodos suelen fabricarse con aerogel de carbono, tela de carbono o negro de carbón.

Algunos supercondensadores incorporan un electrolito acuoso, mientras que otros incluyen un electrolito orgánico. Los electrolitos orgánicos comúnmente utilizados incluyen acetonitrilo y carbonato de propileno.

Los supercondensadores cilíndricos son el pilar básico de la tecnología. Estos dispositivos están diseñados para ofrecer a una amplia variedad de ingenieros de tecnología industrial y de consumo una solución que proporciona características óptimas de manejo de potencia de pulso y supera significativamente a la competencia, manteniéndose competitivos en costo.

AVX ofrece supercapacitores cilíndricos en una amplia gama de configuraciones de montaje, incluyendo montajes planos de dos a cuatro terminales, montajes de orificio pasante, montajes de orificio pasante con separación extendida y montajes con cables conductores. También están disponibles módulos conectados en serie.

Aplicaciones de supercondensadores

Aunque los supercondensadores son una tecnología relativamente nueva (al menos en comparación con los condensadores tradicionales), los dispositivos están ahora listos para su uso en una amplia gama de aplicaciones. Una de las primeras aplicaciones de los supercondensadores fue como respaldo de baterías primarias para superar interrupciones breves de energía o para suavizar el flujo eléctrico. En este papel, que aún se utiliza ampliamente, los supercondensadores pueden encontrarse en sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS, por sus siglas en inglés), sistemas de alarmas inalámbricas, medidores inteligentes e incluso unidades de estado sólido (SSDs).

Los supercondensadores también se utilizan ampliamente para suministrar energía en aplicaciones de pulsos, telemetría, asistencia de potencia de pico y cerraduras electrónicas. Además, muchos ingenieros recurren a la tecnología de supercondensadores como la mejor manera de arrancar generadores de respaldo durante cortes de energía y proporcionar energía hasta que el cambio alcance su máxima velocidad. En Japón, frecuentemente se instalan grandes supercondensadores en edificios comerciales para reducir el consumo de la red durante los momentos de mayor demanda y aliviar la carga.

Los supercondensadores también se utilizan comúnmente como captadores de energía para capturar y almacenar la energía recolectada de celdas solares, turbinas eólicas, olas del océano y otras fuentes externas, con el fin de alimentar dispositivos electrónicos de bajo consumo. Los supercondensadores, que pueden operar en entornos adversos a través de una amplia gama de temperaturas de funcionamiento, mientras ofrecen alta densidad de potencia y alta fiabilidad, también son ideales para su uso en diseños de sensores y comunicaciones del Internet de las Cosas (IoT).

Un número creciente de ingenieros se está volcando hacia los supercondensadores como dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento que pueden contribuir al rápido crecimiento de la electrónica de bajo consumo. Los dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos inteligentes, relojes inteligentes, módulos GSM/GPRS y dispositivos médicos portátiles, pueden beneficiarse de la tecnología de supercondensadores. Honeywell, por ejemplo, ahora ofrece un escáner de UPC sin batería, alimentado por un supercondensador, que se recarga completamente en cuestión de segundos. El fabricante promete una vida útil de más de ocho años, aproximadamente seis veces más que las baterías de ion-litio estándar.

El sector automotriz está emergiendo como otro líder en la adopción de supercondensadores, integrando la tecnología en varios sistemas de vehículos. Las funciones de arranque/parada y la dirección asistida pueden beneficiarse de las características de rendimiento y tolerancia a la temperatura de esta tecnología. En el futuro, los supercondensadores prometen la capacidad de cargar rápidamente las baterías de los vehículos híbridos, operando en conjunto con el motor de gasolina del automóvil o camión. La instalación de supercondensadores en vehículos híbridos permitirá que recorran mayores distancias con un control de potencia y eficiencia elevados.

La industria ferroviaria también ha comenzado a valorar el potencial de generación de energía de la tecnología de supercondensadores. La compañía ferroviaria española CAF, por ejemplo, ofrece Greentech Evodrive, un sistema de generación de energía a bordo basado en supercondensadores diseñado para tranvías urbanos. La tecnología recupera la energía cinética liberada durante el frenado, mejorando así la eficiencia energética general del tranvía.

La ventaja de AVX

AVX ofrece la más amplia variedad de supercondensadores estándar de tipo cilíndrico, con la capacidad de satisfacer solicitudes de diseño personalizado. AVX proporciona una diversa gama de productos centrados en maximizar el almacenamiento de energía, bajo ESR y una corriente de fuga mínima.

Los condensadores cilíndricos de doble capa electroquímica de las series SCC y SCM de la empresa, por ejemplo, ofrecen excelentes características de manejo de potencia de pulsos gracias a la combinación de una capacitancia muy alta y una ESR muy baja. Utilizados individualmente o en conjunto con baterías primarias o secundarias, los dispositivos proporcionan un tiempo de respaldo extendido y una mayor vida útil de la batería, así como pulsos de potencia instantáneos cuando se necesitan.

El supercondensador BestCap de la serie BZ de AVX es un supercondensador de pulso con baja ESR basado en un sistema de polímero activado por protones no peligroso. El producto compite directamente con dispositivos fabricados con electrolitos orgánicos, pero ofrece un rango de voltaje mucho más amplio, de 3,6V a 20V (los orgánicos están típicamente limitados a alrededor de 3V por celda). BestCap tiene un rango de temperatura de -20°C a +70°C—más amplio que el de las baterías—y también ofrece valores seleccionados disponibles entre -40°C y +75°C. BestCap proporciona la respuesta de frecuencia más "similar a la de un condensador" de todos los supercondensadores y cuenta con características de baja ESR y bajo perfil.

Los supercondensadores prismáticos PrizmaCap de AVX, destacados en la serie SCP, ofrecen el perfil más bajo y el rango de temperatura de funcionamiento más amplio disponible en los supercondensadores de AVX. Utilizados por sí solos o en conjunto con baterías primarias o secundarias, los dispositivos ofrecen un tiempo de respaldo extendido con una vida útil de batería más larga y pulsos de potencia instantáneos cuando se necesitan. Los dispositivos están dirigidos a aplicaciones que requieren manejo de potencia pulsante, almacenamiento de energía, retención de energía/potencia y asistencia de batería.

Todas las series de supercondensadores AVX están disponibles para personalización en áreas como la orientación de las conexiones, cables de arnés, empaquetado y ofertas no estándar en voltaje, capacitancia y otras áreas clave. Para aplicaciones de supercondensadores de mayor voltaje, AVX puede diseñar y construir módulos personalizados completos, con carcasa, soporte de balanceo y monitoreo de estado.

Inclinándose hacia adelante

Los supercondensadores son una tecnología de almacenamiento de energía en rápido crecimiento que se está convirtiendo en una opción de diseño cada vez más popular para un número creciente de aplicaciones. A pesar de que las baterías de iones de litio se utilizan actualmente en una amplia gama de dispositivos personales y comerciales, esta tecnología nunca podrá competir con los supercondensadores en términos de densidad de potencia y número de ciclos de carga/descarga.

A medida que la adopción de los supercondensadores crece y se vislumbran nuevas aplicaciones, investigadores de todo el mundo se esfuerzan por mejorar el rendimiento y la compatibilidad investigando nuevas formas de materiales dieléctricos, como los nanotubos de carbono, el polipirrol y el titanato de bario, todos los cuales prometen mejorar la capacitancia y la densidad de energía.

Estén atentos: la historia del supercondensador acaba de comenzar.

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