Come funzionano i supercondensatori

In questo post capiremo cos'è un supercondensatore, quanto è simile o diverso da un normale condensatore, dove viene utilizzato e faremo un confronto tra batterie e supercondensatori per scoprire quale di loro è superiore.

Comprendiamo le basi di un normale condensatore.

Come funziona il condensatore ordinario

Un condensatore è un componente elettronico passivo che può immagazzinare una piccola quantità di energia elettrostatica tra il materiale conduttivo e dielettrico interleaved.

Possiamo caricare e scaricare il condensatore a velocità rapida grazie a questa proprietà li usiamo come attenuatori di tensione in tutti i circuiti di alimentazione.

Tutti i condensatori hanno alcune specifiche rivestite sul corpo, come la temperatura operativa, la tensione operativa e il valore del condensatore che di solito è compreso tra pochi pico-farad e poche migliaia di micro-farad.

I condensatori che troviamo di solito sull'elettronica di consumo sono in ceramica, poliestere, carta, ecc. Questi tipi di condensatori di solito hanno una bassa capacità nell'intervallo da pochi pico-farad a meno di un micro-farad.

Quelli con capacità più elevata sono di tipo elettrolitico, che ha capacità che vanno da 0,1uF a diverse migliaia di microfarad.

Il condensatore elettrolitico aumenta la sua capacità di accumulo di carica aggiungendo un tessuto imbevuto di elettrolita chimico come dielettrico e uno dei lati con un foglio di alluminio, come mostrato in figura.

La pila di alluminio e tessuto viene arrotolata in forma di cilindro e alloggiata in un telaio di alluminio. Il diametro del rotolo, l'altezza e lo spessore del tessuto determinano i vari parametri del condensatore.

I condensatori elettrolitici sono polarizzati, il che significa che ha un anodo e un terminale catodico e non dovremmo scambiare la polarità di alimentazione in ingresso al condensatore come facciamo su altri tipi di condensatori.

Come funzionano i supercondensatori

Il supercondensatore è anche chiamato ultracondensatore o condensatore a doppio strato. Il supercondensatore ha un'enorme capacità di accumulo di carica e viene solitamente misurato in Farad (senza prefissi micro o pico o nano).

Un supercondensatore può variare da pochi Farad a poche migliaia di Farad. A differenza dei normali condensatori, il supercondensatore ha una tensione operativa inferiore, che di solito è compresa tra 2,5 V e 2,7 V.

Sono collegati in serie e in configurazione parallela per aumentare il throughput dal banco di condensatori.
I supercondensatori vengono utilizzati dove le batterie non sono in grado di gestire il compito in modo efficiente, per una frenata rigenerativa istantanea nei veicoli. L'energia cinetica viene convertita in energia elettrica e immagazzinata per un po 'e riutilizzata per accelerare il veicolo.

Questo meccanismo migliora l'efficienza complessiva del veicolo. Ma utilizzando solo le batterie, la cattura dell'energia non è efficiente. Molti produttori di automobili stanno sperimentando il supercondensatore in combinazione con le batterie e, secondo quanto riferito, hanno migliorato l'efficienza complessiva del sistema.

Il supercondensatore ha cicli di carica e scarica migliori rispetto alle batterie. Una tipica batteria agli ioni di litio presente nei nostri smartphone ha circa 1000 cicli di carica e scarica, mentre un supercondensatore ha oltre 1 milione di cicli di carica e scarica.

Le batterie deteriorano la loro capacità effettiva quando la batteria viene scaricata al di sotto di una certa tensione per un periodo prolungato. Un supercondensatore non ha limiti tali da poter arrivare fino a zero volt.

Ma lasciare qualsiasi condensatore per un periodo di tempo prolungato come un anno o giù di lì senza carica può anche deteriorare la sua capacità di mantenimento della carica a causa di alcune reazioni chimiche tra le piastre del condensatore.

Costruzione del supercondensatore:

La costruzione dei supercondensatori è fondamentalmente la stessa del condensatore ordinario solo la differenza è il tipo di materiale utilizzato e alcuni metodi vengono utilizzati per aumentare la capacità di immagazzinamento dell'energia.

I supercondensatori hanno piastre conduttive su entrambi i lati del separatore imbevute di elettrolita e il separatore è un materiale dielettrico molto sottile fatto di plastica, carbone o carta.

Il separatore è molto sottile rispetto al normale condensatore per aumentare l'efficienza del trasferimento di ioni tra le piastre.

I supercondensatori sono a volte indicati come doppio strato perché quando le piastre su entrambi i lati si caricano, producono carica su entrambi i lati del separatore come mostrato in figura.

A questo punto avresti un'idea del supercondensatore e del suo funzionamento fondamentale.

Batteria vs Supercondensatore:

Confrontiamo la densità e il peso dell'energia nelle batterie e nei supercondensatori.

Gli ioni di litio e i polimeri di litio hanno la più alta densità di energia rispetto a qualsiasi altra tecnologia di batteria disponibile in commercio. Questo è il motivo per cui i nostri smartphone e altri dispositivi elettronici portatili sono costruiti con ioni di litio / polimero.

La densità energetica dei supercondensatori è piuttosto bassa rispetto alle batterie al litio, rendendola quindi ideale solo per dispositivi non portatili.

I Supercaps sono ottimi per caricare e scaricare rapidamente. Questo non può essere ottenuto con la batteria a causa della maggiore resistenza interna in tutti i tipi di batterie.

Se proviamo a scaricare la batteria oltre il suo limite di corrente più sicuro, potremmo danneggiare la batteria. Questo perché le batterie possiedono una resistenza interna e generano calore. L'energia termica generata è sufficiente per creare danni irreversibili alla capacità della batteria.

Nei supercondensatori, la resistenza interna è molto piccola, persino inferiore alla resistenza interna di alcune batterie per automobili, progettata per fornire corrente elevata. La possibilità che il supercondensatore venga danneggiato a causa della temperatura è piuttosto bassa.

Le batterie possono mantenere la carica per un periodo di tempo molto lungo, ma per i supercondensatori l'autoscarica è un problema e non è adatto per immagazzinare energia per lunghi periodi di tempo.

Ora è il momento della conclusione,

Quindi quale di loro è superiore? Probabilmente nessuno di loro è superiore l'uno all'altro. Le batterie hanno una grande portabilità ma i supercap hanno una velocità di carica e scarica molto elevata. Alla fine della giornata dipende dall'applicazione che usiamo e questa decide quale di loro è più adatta.

Facci sapere nella sezione commenti, pensi che un giorno i supercondensatori sostituiranno le batterie a causa del rapido sviluppo della tecnologia.