Como funcionam os supercapacitores

Neste post vamos entender o que é um supercapacitor, quão próximo ou diferente de um capacitor comum, onde ele é usado e faremos uma comparação entre baterias e supercapacitores para descobrir qual deles é superior.

Vamos entender o básico de um capacitor comum.

Como funciona o capacitor comum

Um capacitor é um componente eletrônico passivo que pode armazenar uma pequena quantidade de energia eletrostática entre o material condutor intercalado e o dielétrico.

Podemos carregar e descarregar o capacitor a uma taxa rápida devido a essa propriedade, nós os usamos como suavizadores de tensão em todos os circuitos de alimentação.

Todos os capacitores têm alguma especificação revestida no corpo, como temperatura de operação, tensão de operação e valor do capacitor, que geralmente varia de poucos pico-farads a alguns milhares de micro-farads.

Os capacitores que encontramos geralmente em eletrônicos de consumo são de cerâmica, poliéster, papel, etc. Esses tipos de capacitores geralmente têm baixa capacitância na faixa de poucos pico-farads a menos de um micro-farad.

Aquelas com maior capacitância são do tipo eletrolítico, que possui capacitância variando de 0,1uF a vários milhares de microfarads.

O capacitor eletrolítico aumenta sua capacidade de armazenamento de carga adicionando um tecido embebido com algum eletrólito químico como dielétrico e em ambos os lados com folha de alumínio, conforme mostrado na figura.

A pilha de alumínio e tecido é enrolada em forma de cilindro e alojada em um chassi de alumínio. O diâmetro do rolo, a altura e a espessura do tecido determinam os vários parâmetros do capacitor.

Os capacitores eletrolíticos são polarizados, o que significa que ele possui terminal anódico e catódico e não devemos trocar a polaridade da alimentação de entrada do capacitor como fazemos em outros tipos de capacitores.

Como funcionam os supercapacitores

Supercapacitor também é chamado de Ultracapacitor ou capacitor de camada dupla. O supercapacitor tem uma enorme capacidade de armazenamento de carga e geralmente é medido em Farad (sem prefixos micro, pico ou nano).

Um supercapacitor pode variar de poucos Farads a alguns milhares de Farads. Ao contrário dos capacitores comuns, o supercapacitor tem tensão operacional mais baixa, que geralmente está entre 2,5 V a 2,7 V.

Eles são conectados em configuração em série e em paralelo para aumentar a taxa de transferência do banco de capacitores.
Os supercapacitores são utilizados onde as baterias não podem lidar com uma determinada tarefa de forma eficiente, para frenagem regenerativa instantânea em veículos. A energia cinética é convertida em energia elétrica e armazenada por um tempo e reutilizada para acelerar o veículo.

Este mecanismo melhora a eficiência geral do veículo. Mas usando apenas baterias, a captura de energia não é eficiente. Muitos fabricantes de automóveis estão experimentando o supercapacitor em combinação com baterias e, segundo consta, melhoraram a eficiência geral do sistema.

O supercapacitor tem melhores ciclos de carga e descarga em comparação com as baterias. Uma bateria de íon de lítio típica encontrada em nossos smartphones tem cerca de 1000 ciclos de carga e descarga, enquanto um supercapacitor tem mais de 1 milhão de ciclos de carga e descarga.

As baterias deterioram sua capacidade efetiva quando são descarregadas abaixo de certa tensão por um período prolongado. Um supercapacitor não tem tais limites, ele pode ir até zero volts.

Mas deixar qualquer capacitor por um período prolongado de tempo como um ano ou mais sem carregar também pode deteriorar sua capacidade de retenção de carga devido a alguma reação química entre as placas do capacitor.

Construção do Supercapacitor:

A construção de supercondensadores é fundamentalmente igual a um capacitor comum, apenas a diferença é o tipo de material usado e algum método é utilizado para aumentar a capacidade de armazenamento de energia.

Os supercondensadores têm placas condutoras em cada lado do separador, embebidas em eletrólito e o separador é um material dielétrico muito fino feito de plástico, carbono ou papel.

O separador é feito muito fino em comparação com o capacitor comum para aumentar a eficiência da transferência de íons entre as placas.

Os supercondensadores são às vezes chamados de camada dupla porque, quando as placas de ambos os lados carregam, produzem carga em ambos os lados do separador, conforme mostrado na figura.

Agora você já deve ter uma ideia sobre o supercapacitor e seu funcionamento fundamental.

Bateria vs Supercapacitor:

Vamos comparar a densidade e o peso da energia em baterias e supercaps.

O íon de lítio e o polímero de lítio têm a densidade de energia mais alta em comparação com qualquer outra tecnologia de bateria disponível comercialmente. Esta é a razão pela qual nossos smartphones e outros eletrônicos portáteis são construídos com íon / polímero.

A densidade de energia dos supercaps é muito baixa em comparação com as baterias de lítio, tornando-os ideais apenas para dispositivos não portáteis.

Os Supercaps são muito bons para carregamento e descarregamento rápido. Isso não pode ser alcançado com a bateria devido à maior resistência interna em todos os tipos de baterias.

Se tentarmos descarregar a bateria além de seu limite de corrente mais seguro, podemos danificá-la. Isso porque as baterias possuem resistência interna e geram calor. A energia térmica gerada é suficiente para criar danos irreversíveis à capacidade da bateria.

Em supercaps, a resistência interna é muito pequena, ainda menor do que a resistência interna de algumas baterias de automóveis projetadas para fornecer alta corrente. A chance de o supercapacitor ser danificado devido à térmica é muito baixa.

As baterias podem reter a carga por um longo período de tempo, mas para supercaps a autodescarga é um problema e não é adequada para armazenar energia por um longo período de tempo.

Agora é hora de conclusão,

Então, qual deles é superior? Provavelmente nenhum deles é superior um ao outro. As baterias têm grande portabilidade, mas os supercaps têm taxas de carga e descarga muito altas. No final das contas depende do aplicativo que usamos e este decide qual deles é o mais adequado.

Deixe-nos saber na seção de comentários, você acha que um dia os supercapacitores substituirão as baterias devido ao rápido desenvolvimento da tecnologia.