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O que é um Super Capacitor, Supercap ou Ultracapacitor

O que é um Super Capacitor, Supercap ou Ultracapacitor

O supercapacitor é uma forma especializada de capacitor que oferece níveis excessivamente altos de capacitância - às vezes até muitos farads.

Os supercapacitores também podem ser conhecidos como supercaps, ultracapacitores e alguns tipos são conhecidos como capacitores de camada dupla por causa de sua estrutura.

Noções básicas da tecnologia do supercapacitor

A tecnologia por trás dos supercapacitores é diferente da de um capacitor comum. Ele tem que adotar uma abordagem diferente para permitir que os valores ultra-altos de capacitância sejam atingidos.

Existem vários tipos de tecnologia de supercap ou ultracapacitor que podem ser usados, mas o mais amplamente adotado é conhecido como capacitor de camada dupla, DLC.

O supercapacitor DLC utiliza uma tecnologia baseada em carbono que usa um eletrólito orgânico. Essa tecnologia é mais fácil de fabricar do que os outros tipos e, portanto, ganhou maior aceitação.

Como os capacitores tradicionais, os supercapacitores têm duas placas de metal. Essas placas são revestidas com carvão ativado, um material poroso semelhante a uma esponja. Essas placas são imersas em um eletrólito que contém íons positivos e negativos. Uma placa revestida de carbono, ou eletrodo, é positiva e a outra é negativa. Durante o carregamento, os íons do eletrólito se acumulam na superfície de cada placa revestida de carbono.

Conforme a carga ocorre, os eletrodos de carbono têm duas camadas de carga revestindo suas superfícies e isso dá origem ao nome de capacitores de camada dupla. A distância entre as duas camadas de carga no eletrodo é excessivamente pequena e isso significa que níveis de capacitância muito altos são atingíveis. Além disso, como há camadas de carga em cada eletrodo, na verdade um supercapacitor é, na verdade, dois capacitores em série, um em cada eletrodo

Existem dois tipos de capacitores de camada dupla resultantes de diferentes mecanismos de armazenamento de carga:

  • Capacitor elétrico de camada dupla: Um EDLC armazena energia na camada dupla na interface eletrodo / eletrólito. Nesse tipo de capacitor, o material do eletrodo usado para a construção da célula do primeiro é principalmente de carbono.
  • Capacitor eletroquímico de camada dupla ou super / pseudo-capacitor: supercapacitor sustenta uma reação Faradic entre o eletrodo e o eletrólito em uma janela de potencial adequada. Neste tipo de supercapacitor, o material do eletrodo consiste em óxidos de metal de transição ou misturas de óxidos / polímeros de carbono e metal

Para ambos os tipos de capacitor, os eletrólitos podem ser aquosos ou não aquosos, dependendo do modo de construção da célula do capacitor.

É por esta razão que supercapacitores e capacitores de camada dupla podem ser comercializados separadamente usando nomes diferentes. Freqüentemente, os capacitores de camada dupla não têm um nível de capacitância tão alto.

Aplicações de super capacitor

A capacitância muito alta dos supercapacitores os torna ideais para uma variedade de aplicações diferentes - a maioria das quais associada a fontes de alimentação.

Um dos principais usos é em suprimentos de retenção de memórias, onde eles permitem que as memórias que podem depender de seus suprimentos retenham os dados mesmo se a energia for removida.

Eles também são usados ​​em fontes de alimentação ininterruptas, UPS, onde são capazes de fornecer altos níveis de energia por um curto intervalo - o suficiente para manter o equipamento funcionando até que o pwoer retorne ou uma fonte de backup seja iniciada.

Supercapacitores também estão começando a ser usados ​​em veículos para fornecer capacidade de aumento de carga de pico para a fonte de alimentação. Eles também estão sendo usados ​​em sistemas de frenagem regenerativa, onde armazenam a energia recuperada durante a frenagem para uso posterior.

Comparação entre supercapacitor e bateria

O supercapacitor e algumas tecnologias de bateria competem por algumas aplicações. Vale a pena dar uma olhada na comparação entre um supercapacitor típico e a tecnologia de bateria de íon de lítio usada hoje. A tecnologia de íon de lítio foi usada para comparação porque é a tecnologia de bateria de maior densidade amplamente usada atualmente.

As comparações feitas são apenas para avaliação aproximada e qualquer decisão deve ser baseada em números exatos obtidos dos fabricantes para os dispositivos sendo considerados porque a tecnologia em ambas as áreas está avançando rapidamente.

Comparação entre Super Capacitor e Bateria de Íon de Lítio
ParâmetroSupercapacitorÍon-lítio
Voltagem da célula2,3 - 2,7 V3,6 V
Hora de carregar1 - 10 segundos10 - 60 minutos
Vida (ciclos de carga / descarga)~ 1 milhão500 - 3000
Energia específica (Wh / kg)~5100 - 200
Potência específica (W / kg)até 10.0001000 - 3000
Manutenção de tensão de saídaPobreBoa
SegurançaRelativamente seguro quando abusadoMenos seguro e pode explodir em raras ocasiões
Custo por Wh~ 20 unidades~ 1 unidade
Vida de serviço~ 10 anos~ 5 anos
Faixa de temperatura operacional~ -40 a + 65 ° C~ 0 a + 40 ° C

Limitações do Supercaps

O supercapacitor ou ultracapacitor é amplamente utilizado para muitas aplicações e os componentes estão disponíveis em muitos fornecedores e distribuidores. No entanto, existem alguns pontos que devem ser observados ao considerar a incorporação de um em um novo design:

  • Tensão máxima: Existe uma voltagem máxima para ultracapacitores. Outros tipos de capacitores podem ser fabricados para operar em altas tensões, mas os supercapacitores geralmente são restritos a tensões operacionais na região de 2,5 - 2,7 V. É possível fabricá-los para operação acima de 2,8 V mas verifica-se que a vida útil é reduzida.
  • Operação em série: Para atingir tensões de operação mais altas para supercapacitores, eles podem ser colocados em série. Isso reduz a capacitância total, como é o caso com qualquer capacitor colocado em série. Além disso, se mais de três capacitores precisarem ser colocados em série, será necessário implementar técnicas de equilíbrio de tensão. Como as correntes de fuga através dos capacitores são provavelmente diferentes, a divisão de tensão entre os capacitores não será igual e um ou mais podem entrar em uma posição de sobretensão.
  • Auto-descarga: A autodescarga de supercapacitores pode ser um problema em algumas circunstâncias. Resulta do eletrólito usado e significa que a energia armazenada pode diminuir em 50% ou mais em cerca de um mês. Em comparação, uma bateria à base de níquel (NiCd ou NiMH) se autodescarrega em cerca de 10% ou mais ao mês e uma bateria de íon de lítio em cerca de 5% ao mês.

Geralmente, as limitações para supercaps não são um grande problema. Normalmente, eles podem ser superados nas áreas em que são um problema e, em algumas, podem não causar nenhum problema.

Resumo do super capacitor capacitor

A tabela abaixo fornece algumas das características salientes sobre alguns dos capacitores de filme metálico mais amplamente usados ​​que podem ser levados em consideração ao projetar circuitos ou substituir componentes antigos.

Super Capacitor, Resumo do Supercap
ParâmetroDetalhes
Faixa de valor~ 0.1 Farad para cima
Tensão de trabalhoNormalmente 2,5 - 2,8 V


Assista o vídeo: Super Capacitor Para Energia Solar OffGrid. UltraCapacitor MAXWELL. T8 #306 (Janeiro 2022).