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 e dielétrico intercalado.
Podemos carregar e descarregar o capacitor rapidamente; devido a esta propriedade nós os utilizamos 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 alguns 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 capacitor geralmente têm baixa capacitância na faixa de alguns pico-farads a menos de um micro-farad.
Os de maior capacitância são do tipo eletrolítico, que possuem capacitância que varia 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 cada lado com papel alumínio, conforme mostrado na figura.
A pilha de alumínio e tecido é enrolada em forma de cilindro e alojada em chassi de alumínio. O diâmetro do rolo, altura e espessura do tecido determinam os vários parâmetros do capacitor.
Os capacitores eletrolíticos são polarizados, ou seja, possui terminal de ânodo e cátodo e não devemos trocar a polaridade de alimentação de entrada para o capacitor como fazemos em outros tipos de capacitores.
Como funcionam os supercapacitores
O 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 ou pico ou nano).
Um supercapacitor pode variar de alguns Farads a alguns milhares de Farads. Ao contrário dos capacitores comuns, o supercapacitor possui menor tensão de operação, que geralmente fica entre 2,5V a 2,7V.
Eles são conectados em configuração em série e paralelo para aumentar o rendimento do banco de capacitores.
Os supercapacitores são utilizados onde as baterias não podem lidar com a 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 captação de energia não é eficiente. Muitos fabricantes de automóveis estão experimentando com supercapacitor em combinação com baterias e supostamente melhoraram a eficiência geral do sistema.
O supercapacitor tem melhores ciclos de carga e descarga em comparação com as baterias. Uma bateria de íons de lítio típica encontrada em nossos smartphones tem aproximadamente 1.000 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 a bateria é descarregada abaixo de certa tensão por um tempo prolongado. Um supercapacitor não tem tais limites; pode ir até zero volts.
Mas deixar qualquer capacitor por um longo período 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 supercapacitores é fundamentalmente a mesma do 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 supercapacitores têm placas condutoras em ambos os lados do separador embebidas em eletrólito e o separador é um material dielétrico muito fino feito de plástico, carbono ou papel.
O separador é muito fino comparado ao capacitor comum para aumentar a eficiência da transferência de íons entre as placas.
Os supercapacitores às vezes são chamados de camada dupla; isso ocorre porque quando as placas em ambos os lados carregam, isso produz carga em ambos os lados do separador, conforme mostrado na figura.
A essa altura você já teria uma ideia sobre o supercapacitor e seu funcionamento fundamental.
Bateria vs Supercapacitor:
Vamos comparar densidade de energia e peso em baterias e supercaps.
O íon de lítio e o polímero de lítio têm a maior densidade de energia 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 de lítio/polímero.
A densidade de energia das supercaps é bastante baixa em comparação com as baterias de lítio, tornando-a ideal apenas para dispositivos não portáteis.
Supercaps são muito bons em carregamento e descarregamento rápidos. Isso não pode ser alcançado com bateria devido à maior resistência interna em todos os tipos de baterias.
Se tentarmos descarregar a bateria além do limite de corrente mais seguro, podemos danificar a bateria. Isso ocorre porque as baterias possuem resistência interna e geram calor. A energia térmica gerada é suficiente para causar danos irreversíveis à capacidade da bateria.
Em supercaps, a resistência interna é muito pequena, ainda menor do que a resistência interna em algumas baterias de automóveis que são projetadas para fornecer alta corrente. A chance de o supercapacitor ser danificado devido à térmica é bastante baixa.
As baterias podem manter a carga por um longo período de tempo, mas para supercaps a auto-descarga é um problema e não é adequada para armazenar energia por um longo período de tempo.
Agora é hora da conclusão,
Então, qual deles é superior? Provavelmente nenhum deles é superior um ao outro. As baterias têm grande portabilidade, mas as supercaps têm uma taxa de carga e descarga muito alta. No final das contas, depende do aplicativo o que usamos e isso 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.
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