Supercapacitores

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Comparação de diagramas de construção de três capacitores. Esquerda: capacitor "normal", meio: eletrolítico, direita: capacitor de dupla camada elétrica ou supercapacitor

Comparação de diagramas de construção de três capacitores. Esquerda: capacitor "normal", meio: eletrolítico, direita: capacitor de dupla camada elétrica ou supercapacitor

Um supercapacitor, megacapacitor ou ultracapacitor é um condensador eletroquímico que tem uma extraordinária capacidade de armazenamento de energia relativo a seu tamanho quando comparado a capacitores comuns. Estes são de interesse particular em aplicações a automóveis para armazenamento suplementar para bateria de veículos elétricos.

História

O primeiro supercapacitor baseado em um mecanismo de camada dupla foi desenvolvido em 1957 pela General Eletronics em uma patente que usava um eletrodo de carbono poroso. Acreditou-se que a energia fora armazenada nos poros de carbono, exibindo este capacidade "excepcionalmente alta", embora o mecanismo fosse desconhecido naquele momento. Foi a Companhia de Óleo Standard de Cleveland (SOHIO) em 1966 que patenteou um dispositivo que armazenava energia na interface de camada dupla.

Com a constante necessidade do mundo em obter mais eficiencia e portabilidade, o conceito fisico dos capacitores também mudou. Um exemplo é a nova linha de supercapacitores da Cap-xx.

Características

Ficheiro:Tabela de tipos de capacitores.PNG

Tal armazenamento de energia tem várias vantagens em relação a baterias:

• Taxas muito altas de custo e descarga.
• Pouca degradação em cima de centenas de milhares de ciclos.
• Reversibilidade boa
• Peso leve
• Baixa toxicidade de materiais usados.
• Eficiência de ciclo alta (95% ou mais)

Desvantagens:

• A quantia de energia armazenada por peso de unidade é consideravelmente mais baixa que o de uma bateria eletroquímica.
• A tensão varia com a energia armazenada. Para armazenar efetivamente e recuperar energia é necessário controle eletrônico sofisticado, que porém resulta em perda de energia.

Como é feito

Nanotubos de carbono e polímero, ou aerogels (um material de alta porosidade). Possui grande área superficial de carbono, são práticos para supercapacitores. Nanotubos de carbono têm propriedades de nanoporosidade excelentes, deixando espaços minúsculos aos polímeros para encaixarem-se no tubo e agir como um dielétrico. O polímero tem um mecanismo de armazenamento redox (redução-oxidação) junto com uma área de superfície alta.

Também estão sendo feitos Supercapacitores de aerogel de carbono. Aerogel de carbono é um material que provê área de superfície extremamente alta de cerca de 400–1000 m²/g. Capacidades de até 104 F/g e 77 F/cm3 foram alcançadas. Algumas corporações, como Cooper Electronic Technologies, já têm supercapacitores de aerogel. A tensão máxima deles é 2.5V, mas eles podem alcançar uma densidade de energia de 325 kJ/kg que é aproximadamente 70% da capacidade provida por baterias de polímero de lítio. Densidades de potência alcançadas são até mais altas, até 20 kW/kg. Supercapacitores de aerogel pequeno estão sendo usados como baterias de apoio em microeletrônicos, mas são esperadas aplicações para veículos elétricos.

Normalmente os eletrodos de supercapacitores de aerogel são feitos de papel não tecido feito de fibras de carbono e cobertos com aerogel orgânico que então sofre pirólises. O papel é um material composto onde as fibras de carbono provêem integridade estrutural e o aerogel provê a superfície grande exigida.

Aplicações

O Supercapacitor tem dois terminais o positivo e o negativo. O positivo deve ser ligado no positivo da bateria e no bloco de distribuição do carro e o negativo no negativo da bateria. Assim ele irá carregar a energia.

É melhor carregá-lo na bateria ao contrário, em uma fonte de alimentação da tensão desejada pois assim não gastará a bateria. Caso seja polarizado errado o capacitor estourará igualmente ao capacitor eletrolítico.