Los supercapacitores, que cierran la brecha entre los capacitores electrolíticos y las baterías recargables, tienen cada vez más aplicaciones.
Los supercapacitores son dispositivos de almacenamiento de energía de vanguardia que ofrecen una amplia gama de características recomendables, incluidas la alta capacitancia, potencia alta y tiempos de ciclo extendidos. También conocidos como ultracapacitores, los supercapacitores cierran con eficacia la brecha que existe actualmente entre los capacitores electrolíticos y las baterías recargables.
Un supercapacitor de doble capa típico se diferencia de un capacitor convencional en dos aspectos importantes. Las placas metálicas de un supercapacitor brindan una superficie mucho mayor que en un capacitor normal y la distancia entre las placas es significativamente menor, ya que el separador entre ellas funciona de forma diferente a un dieléctrico convencional.
En una batería, la carga y la descarga son reacciones electroquímicas. Los supercapacitores almacenan carga electrostáticamente en sus placas de gran área superficial. Los dispositivos almacenan menos energía, pero pueden cargarse o descargarse en segundos. Por lo tanto, las aplicaciones de supercapacitores se utilizan principalmente para suministrar ráfagas cortas de energía. Al menos durante el futuro previsible, las baterías seguirán siendo la opción preferida para almacenar grandes cantidades de energía durante largos períodos de tiempo.
Beneficios de los supercapacitores
En las últimas décadas, los supercapacitores han pasado de ser una opción de diseño exótica y única a una tecnología en la que todos confían de forma rutinaria y que es compatible con muchas aplicaciones, desde baterías de respaldo hasta la prevención de pérdidas accidentales de memoria de almacenamiento. Los ingenieros prefieren los supercapacitores por los múltiples beneficios que ofrece la tecnología, incluidos el excelente rendimiento y confiabilidad.
Una característica clave de los supercapacitores es que pueden cargarse y descargarse cientos de miles de veces en condiciones normales. A diferencia de una batería electroquímica, que tiene un ciclo de vida definido, los ciclos de carga y descarga de un supercapacitor generan poco desgaste. Además, los supercapacitores ofrecen ciclos de carga/descarga más rápidos que las baterías.
Una ventaja de los supercapacitores es su capacidad de manejo de corriente a niveles que los dispositivos alternativos no pueden proporcionar debido a la resistencia en serie equivalente (ESR). Los supercapacitores también pueden soportar rangos de temperatura más amplios que las baterías.
Cuando se utiliza para dar soporte a la batería, la tecnología de supercapacitores puede ampliar significativamente la vida útil de la batería primaria y secundaria, generalmente al menos dos 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 representan un riesgo de incendio y explosión cuando se perforan, se sobrecargan, se sobrecalientan o se cortocircuitan, las fallas de los supercapacitores nunca son catastróficas. También son ecológicos, ya que no requieren las mismas precauciones a la hora de desecharlos, a diferencia de las baterías.
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Tipos de supercapacitores
El rendimiento de un supercapacitor depende en gran medida del material de su electrodo y del electrolito. Los electrodos de gran superficie de un supercapacitor están formados por un material poroso. La carga normalmente se almacena cerca del límite que existe entre el electrolito y el material del electrodo. Para los capacitores de doble capa, los electrodos normalmente se crean a partir de aerogel de carbono, tela de carbono o negro de carbono.
Algunos supercapacitores incorporan un electrolito acuoso mientras que otros cuentan con un electrolito orgánico. Los electrolitos orgánicos comúnmente utilizados incluyen acetonitrilo y carbonato de propileno.
Los supercapacitores cilíndricos son el caballo de batalla básico de la tecnología. Los dispositivos están diseñados para brindar a una amplia gama de ingenieros de tecnología industrial y de consumo una solución que ofrece características óptimas de manejo de potencia de pulso y supera significativamente a la competencia sin dejar de ser competitiva en términos de costos.
AVX ofrece supercapacitores cilíndricos en una amplia gama de configuraciones de montaje, incluidos montajes planos de dos a cuatro terminales, montajes de orificios pasantes, montajes de orificios pasantes con separación extendida y montajes de cables conductores. También están disponibles módulos conectados en serie.
Aplicaciones de los supercapacitores
Aunque los supercapacitores son una tecnología relativamente nueva (al menos en comparación con los capacitores tradicionales), los dispositivos ahora están listos para usarse en una amplia gama de aplicaciones. Una de las primeras aplicaciones de los supercapacitores fue como respaldo de las baterías primarias para superar breves interrupciones de energía o suavizar el flujo eléctrico. En su rol más común, los supercapacitores se pueden encontrar en sistemas de suministro de energía ininterrumpida (UPSs), sistemas de alarma inalámbricos, medidores inteligentes e incluso unidades de estado sólido (SSD).
Los supercapacitores también se utilizan de manera general para proporcionar energía en aplicaciones de impulso, telemetría, asistencia de potencia pico y cerraduras electrónicas. Además, muchos ingenieros recurren a la tecnología de supercapacitores como la mejor forma de poner en marcha generadores de emergencia durante cortes de energía y proporcionar energía hasta que el sistema alcance su velocidad máxima. En Japón, con frecuencia se instalan grandes supercapacitores en edificios comerciales para reducir el consumo de la red en los momentos de máxima demanda y facilitar la carga.
Los supercapacitores también se utilizan comúnmente en la actualidad como recolectores de energía para capturar y almacenar la energía recolectada de celdas solares, turbinas eólicas, olas del océano y otras fuentes externas para alimentar dispositivos electrónicos de bajo consumo energético. Los supercapacitores, que pueden funcionar en entornos hostiles en un amplio rango de temperaturas de operación y al mismo tiempo ofrecen alta densidad de potencia y alta confiabilidad, también son ideales para su uso en diseños de sensores y comunicaciones de Internet de las cosas (IoT).
Un número cada vez mayor de ingenieros están recurriendo a los supercapacitores 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 supercapacitores. Honeywell, por ejemplo, ahora ofrece un escáner UPC sin batería y alimentado por supercapacitores que se recarga completamente en segundos. El fabricante promete una vida útil de más de ocho años, aproximadamente seis veces más que las baterías de iones de litio estándar.
El sector automotriz está emergiendo como otro de los principales adoptantes de supercapacitores, integrando la tecnología en diversos sistemas de vehículos. Las funciones de arranque y parada y la dirección asistida pueden beneficiarse de los atributos de rendimiento y tolerancia a la temperatura de la tecnología. En el futuro, los supercapacitores prometen la capacidad de cargar rápidamente las baterías de vehículos híbridos, funcionando en conjunto con el motor de gasolina del automóvil o camión. La instalación de los supercapacitores en vehículos híbridos les permitirá recorrer distancias más largas con el control y la eficiencia de la potencia alta.
La industria ferroviaria también ha comenzado a apreciar el potencial de recolección de energía de la tecnología de supercapacitores. La compañía ferroviaria española CAF, por ejemplo, ofrece Greentech Evodrive, un sistema de recolección de energía basado en supercapacitores a bordo, diseñado para tranvías urbanos. La tecnología recupera la energía cinética liberada al frenar, mejorando así la eficiencia energética general del tranvía.
La ventaja de AVX
AVX ofrece la más amplia variedad de supercapacitores de tipo cilíndrico estándar, ofreciendo la capacidad de satisfacer solicitudes de diseño personalizado. AVX ofrece una amplia gama de ofertas de piezas enfocadas en maximizar el almacenamiento de energía, bajo nivel de ESR y mínima corriente de dispersión.
Las series SCC y SCM de capacitores electroquímicos cilíndricos de doble capa de la compañía, por ejemplo, ofrecen excelentes características de manejo de potencia de pulso basadas en 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 energía instantáneos cuando sea necesario.
El supercapacitor BestCap de la serie BZ de AVX es un supercapacitor de pulso de bajo ESR que se basa en el sistema de polímero activado por protones no peligroso. El producto compite directamente con los dispositivos fabricados con electrolitos orgánicos, pero tiene un rango de tensión mucho más amplio, de 3,6 V a 20 V (los orgánicos suelen estar limitados a alrededor de 3 V por celda). BestCap tiene un rango de temperatura de -20 °C a +70 °C (más amplio que las baterías) y también ofrece valores selectos disponibles entre -40 °C a +75 °C. BestCap ofrece la respuesta de frecuencia más "similar a la de un capacitor" de todos los supercapacitores y presenta características de baja resistencia de serie equivalente y perfil bajo.
Los supercapacitores prismáticos PrizmaCap de AVX, incluidos en la serie SCP, proporcionan el perfil más bajo y el rango de temperatura de operación más amplio disponible en supercapacitores de AVX. Utilizados solos o en combinación con baterías primarias o secundarias, los dispositivos ofrecen un tiempo de respaldo extendido con mayor vida útil de la batería y pulsos de energía instantáneos cuando sea necesario. Los dispositivos están destinados a aplicaciones que requieren manejo de potencia de pulso, almacenamiento de energía, retención de energía/potencia y asistencia de batería.
Todas las series de supercapacitores de AVX están disponibles para la personalización en las áreas de orientación de los cables, cables del mazo, embalaje y ofertas no estándar en tensión, capacitancia y otras áreas clave. Para aplicaciones de supercapacitores de mayor tensión, AVX puede diseñar y construir conjuntos de módulos personalizados, completos con carcasa, equilibrio y soporte de monitoreo de estado.
Inclinándose hacia adelante
Los supercapacitores son una tecnología de almacenamiento de energía en rápido crecimiento que se ha convertido en una opción de diseño cada vez más popular para un número cada vez mayor de aplicaciones. A pesar de que las baterías de iones de litio se utilizan ahora en una amplia gama de dispositivos personales y comerciales, la tecnología nunca podrá competir con los supercapacitores en términos de densidad de potencia y número de ciclos de carga/descarga.
A medida que crece la adopción de supercapacitores y se vislumbran nuevas aplicaciones, los investigadores de todo el mundo se esfuerzan por aumentar el rendimiento y la compatibilidad investigando nuevas formas de materiales dieléctricos, como nanotubos de carbono, polipirrol y titanato de bario, todos los cuales prometen mejorar la capacitancia y la densidad de energía.
Esté atento: la historia de los supercapacitores recién comienza.
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