Vs. Baterias: Qual é a diferença?

Os supercapacitores existem desde a década de 1950, mas somente nos últimos anos seu potencial se tornou aparente. Vamos dar uma olhada nesses componentes de computador que armazenam energia como baterias, mas usam princípios completamente diferentes.

índice

  1. O que é um capacitor?
  2. Como capacitores e baterias diferem
  3. capacitor vs supercapacitor
  4. Os prós e contras dos supercapacitores
  5. produtos de supercapacitores
  6. Os supercapacitores são o futuro do armazenamento de energia?

O que é um capacitor?

Antes de chegarmos aos supercapacitores, vale a pena explicar rapidamente o que é um capacitor normal para ajudar a demonstrar o que torna os supercapacitores especiais. Se você já olhou para uma placa-mãe de computador ou qualquer placa de circuito, você já viu esses componentes eletrônicos.

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Um capacitor armazena eletricidade como um campo elétrico estático. Esta é a mesma coisa que acontece quando você anda em um tapete de meias e acumula uma carga elétrica, apenas para descarregá-la quando você toca a maçaneta da porta. Você estava agindo como um condensador!

Dentro de um capacitor típico, você encontrará dois condutores separados por um material isolante. A carga positiva se acumula em um condutor e a carga negativa no outro. Portanto, existe um campo eletrostático entre as duas placas. Existem muitas maneiras diferentes de projetar um capacitor, mas todas elas têm os componentes básicos de duas placas de carga e um isolante (dielétrico). O isolador pode ser ar, cerâmica, vidro, filme plástico. líquido, ou qualquer outra coisa que seja ruim em conduzir eletricidade.

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Os capacitores têm muitos usos na eletrônica. Em computadores e outros sistemas digitais, eles garantem que a informação não seja perdida se houver uma perda momentânea de energia. Eles também atuam como filtros para limpar surtos elétricos que poderiam danificar componentes eletrônicos sensíveis.

Como capacitores e baterias diferem

Capacitores e baterias são semelhantes, pois podem armazenar energia elétrica e liberá-la quando necessário. A grande diferença é que os capacitores armazenam energia como um campo eletrostático, enquanto as baterias usam uma reação química para armazenar e liberar energia.

Dentro de uma bateria existem dois terminais (ânodo e cátodo) com um eletrólito entre eles. Um eletrólito é uma substância (geralmente um líquido) que contém íons. Os íons são átomos ou moléculas eletricamente carregados.

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Há também um separador dentro do eletrólito que permite apenas a passagem de íons. Quando você carrega a bateria, os íons se movem de um lado do separador para o outro. Quando você descarrega a bateria, acontece o oposto. O movimento de íons armazena quimicamente a eletricidade ou converte essa energia química armazenada em corrente elétrica.

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capacitor vs supercapacitor

Supercapacitores também são conhecidos como ultracapacitores ou capacitores de dupla camada.A principal diferença entre supercapacitores e capacitores regulares é a capacitância. Isso significa apenas que os supercapacitores podem armazenar um campo elétrico muito maior do que os capacitores normais.

Neste diagrama, você pode ver outra grande diferença quando se trata de supercapacitores. Como uma bateria (e ao contrário de um capacitor tradicional), um supercapacitor possui um eletrólito. Isso significa que ele usa princípios de armazenamento eletrostático e eletroquímico para manter uma carga elétrica.

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Esta é uma simplificação excessiva, e os aspectos realmente técnicos levariam muito mais tempo para serem explicados. A coisa mais importante a saber sobre os supercapacitores é que eles oferecem as mesmas características gerais dos capacitores, mas podem fornecer muitas vezes o armazenamento e a entrega de energia do projeto clássico.

Os prós e contras dos supercapacitores

Os supercapacitores oferecem muitas vantagens sobre, por exemplo, baterias de íon-lítio. Os supercapacitores podem ser carregados muito mais rapidamente do que as baterias. O processo eletroquímico gera calor, portanto, o carregamento deve ser feito a uma taxa segura para evitar falhas catastróficas da bateria. Os supercapacitores também podem liberar sua energia armazenada muito mais rapidamente do que uma bateria eletroquímica, pelo mesmo motivo. Se a bateria descarregar muito rapidamente, também pode causar falhas catastróficas.

Os supercapacitores também são muito mais duráveis ​​que as baterias, principalmente as baterias de íon-lítio. Enquanto as baterias encontradas em telefones, laptops e carros elétricos começam a se desgastar após algumas centenas de ciclos de carga, os supercapacitores podem ser carregados e esvaziados mais de um milhão de vezes sem degradação. O mesmo vale para a entrega de tensão. Uma bateria de 12V pode fornecer apenas 11,4V em alguns anos, mas um supercapacitor fornecerá a mesma tensão após mais de uma década de uso.

A maior desvantagem em comparação com as baterias de íons de lítio é que os supercapacitores não podem descarregar sua energia armazenada tão lentamente quanto uma bateria de íons de lítio, tornando-os inadequados para aplicações em que um dispositivo deve passar longos períodos sem carregar.

Portanto, como as coisas estão no momento da redação deste artigo, os supercapacitores não são um substituto direto para baterias de íons de lítio ou outras tecnologias de bateria, mas há um número crescente de trabalhos para os quais os supercapacitores são perfeitos.

produtos de supercapacitores

Você provavelmente já usou produtos que contêm supercapacitores e nem sabia disso. Os primeiros supercapacitores foram criados na década de 1950 por um engenheiro da General Electric chamado Howard Becker. Em 1978, a NEC cunhou o nome "supercapacitor" e usou o dispositivo como uma forma de energia de backup para a memória do computador.

Hoje você os encontrará em laptops, unidades de GPS, computadores de mão, flashes de câmeras e muitos outros dispositivos eletrônicos. O Coleman FlashCell usou um supercapacitor em vez de uma bateria. Isso significava que ele funcionava pela metade do tempo de um modelo tradicional alimentado por bateria, mas carregado em 90 segundos em vez de horas.

Da mesma forma, a S-Pen no Samsung Galaxy Note 9 usava um supercapacitor para alimentar as funções sem fio da caneta. A energia acabará em alguns minutos de uso intenso ou após 30 segundos de tempo de espera, mas leva apenas 40 segundos para enchê-la novamente.

Os supercapacitores também estão encontrando um lar no mundo dos veículos híbridos e elétricos. Eles são perfeitos para capturar e liberar a potência de frenagem regenerativa, que é uma carga dinâmica de curto prazo. Veículos como ônibus de transporte público ou bondes também são adequados para supercapacitores. Eles só precisam de energia suficiente para chegar à próxima parada, onde serão carregados novamente em segundos ou minutos. Como os supercapacitores não se desgastam, esse ciclo fixo de transporte público faz muito sentido para a tecnologia.

Os supercapacitores são o futuro do armazenamento de energia?

Com a forma como a pesquisa de supercapacitores está progredindo, parece provável que um dia tenhamos baterias de supercapacitores. Seriam dispositivos que teriam a durabilidade e velocidade dos supercapacitores, mas com a densidade de energia e o longo tempo de funcionamento das baterias. Em 2016, cientistas da Universidade da Flórida Central criaram um protótipo de supercapacitor flexível com uma densidade de energia mais alta que os supercapacitores atuais e um ciclo de carga de 30.000 sem degradação.

Novos materiais em nanoescala e experimentos com grafeno apontam para a possibilidade de supercapacitores com densidades de energia muito mais altas. Mesmo que eles nunca correspondam às baterias de íons de lítio, uma quantidade utilizável de carga, juntamente com um tempo de recarga rápido, pode colocá-los em lugares onde as baterias atualmente desempenham um papel.

Por outro lado, existem outras tecnologias que competem com os supercapacitores. A mais importante delas é a lendária bateria de estado sólido e, recentemente, as tradicionais baterias de íon de lítio com infusão de grafeno também se mostraram promissoras. Seja qual for a tecnologia de alta densidade energética, durável e de carregamento rápido que vença a corrida, todos nós somos vencedores.

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Os supercapacitores, também conhecidos como capacitores eletroquímicos de dupla camada, pseudocapacitores, ultracapacitores ou simplesmente EDLCs, são dispositivos eletroquímicos.

O que faz um supercapacitor?

Devido às suas propriedades, armazenam pouca carga, em alta tensão, e podem liberá-la muito rapidamente. Como esses capacitores armazenam carga em seus eletrodos, os supercapacitores são um desenvolvimento baseado em capacitores em que a superfície dos eletrodos é aumentada.

Como são feitos os supercapacitores?

Os dispositivos supercapacitores do tipo CDC fabricados em folhas de alumina nanoporosa são obtidos por deposição sucessiva de ALD de um material eletricamente condutor, AZO, seguido por um dielétrico, Al2O3, e novamente um material eletricamente condutor, AZO, de acordo com o esquema indicado na Fig. Figura 13 .

Onde os supercapacitores são usados?

Formulários. Atualmente, supercapacitores e ultracapacitores são usados ​​para estabilizar cargas variáveis ​​e fornecer carregamento rápido para eletrônicos móveis. Além disso, esses dispositivos capacitivos servem como um buffer de energia para mitigar as oscilações de tensão e muito mais.

Quanto tempo dura um capacitor carregado?

Os fabricantes de capacitores eletrolíticos especificam sua vida na temperatura ambiente nominal máxima, geralmente 105ºC. Isso pode variar de uma pequena diferença de 1.000 ou 2.000 horas a 10.000 horas ou mais.

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