- Beneficios del supercondensador o ultracondensador
- Energías en condensador
- Construcción de
- Construcción de matriz de supercondensadores
- Ejemplo
El condensador es un componente pasivo de dos terminales, que se utiliza ampliamente en electrónica. Casi todos los circuitos que encontramos en la electrónica utilizan uno o más condensadores para diversos usos. Los condensadores son el componente electrónico más utilizado después de las resistencias. Tienen una habilidad especial para almacenar energía. Hay diferentes tipos de condensadores disponibles en el mercado, pero uno que está ganando popularidad recientemente y promete un reemplazo o alternativa de baterías en el futuro, son los supercondensadores o también conocidos como ultracondensadores.. Un supercondensador no es más que un capacitor de alta capacidad con valores de capacitancia mucho más altos que los capacitores normales pero límites de voltaje más bajos. Pueden almacenar de 10 a 100 veces más energía por unidad de volumen o masa que los capacitores electrolíticos, pueden recibir y entregar carga mucho más rápido que baterías, y toleran más ciclos de carga y descarga que las baterías recargables.
Los supercondensadores o ultracondensadores son una nueva tecnología de almacenamiento de energía que se ha desarrollado mucho en los tiempos modernos. Los supercondensadores están proporcionando importantes beneficios industriales y económicos
La capacitancia de un capacitor se mide en Farad (F), como.1uF (microfarad), 1mF (milifarad). Sin embargo, mientras que los condensadores de valor más bajo son bastante comunes en la electrónica, también se encuentran disponibles condensadores de valor muy alto, que almacenan energía en una densidad mucho más alta y están disponibles en un valor de capacitancia muy alto, en el rango de Farad probablemente.
En la imagen de arriba, se muestra una imagen de supercondensador de 2,7 V y 1 Faradio disponible localmente. La tensión nominal es mucho más baja pero la capacitancia del condensador anterior es bastante alta.
Beneficios del supercondensador o ultracondensador
La demanda de supercondensadores aumenta día a día. La razón principal del rápido desarrollo y la demanda se debe a muchos otros beneficios de los supercondensadores, algunos de ellos se indican a continuación:
- Proporciona una muy buena vida útil de aproximadamente 1 millón de ciclos de carga.
- La temperatura de funcionamiento es de -50 grados a 70 grados casi, lo que lo hace adecuado para su uso en aplicaciones de consumo.
- Una alta densidad de potencia de hasta 50 veces, que se logra mediante baterías.
- Los materiales nocivos, los metales tóxicos no forman parte del proceso de fabricación de Supercondensadores o Ultracondensadores, lo que los certifica como componente desechable.
- Es más eficiente que las baterías.
- No requiere mantenimiento en comparación con las baterías.
Los supercondensadores almacenan energías en su campo eléctrico, pero en el caso de las baterías, utilizan compuestos químicos para almacenar energías. Además, debido a su capacidad para cargar y descargar rápidamente, los supercondensadores están entrando lentamente en el mercado de las baterías. Baja resistencia interna con muy alta eficiencia, sin costo de mantenimiento, mayor vida útil son la razón principal de su alta demanda en el mercado moderno relacionado con fuentes de energía.
Energías en condensador
Una tienda condensador energías en forma de Q = C x V. Q significa Carga en Coulombs, C para capacitancia en Faradios y V para voltaje en voltios. Entonces, si aumentamos la capacitancia, la energía almacenada Q también aumentará.
La unidad de capacitancia es Farad (F), que lleva el nombre de M. Faraday. Farad es la unidad de capacitancia con respecto a culombio / voltio. Si decimos un capacitor con 1 Faradio, entonces creará una diferencia de potencial de 1 voltio entre sus placas dependiendo de la carga de 1 culombio.
1 Faradio es un condensador de gran valor para usar como componente electrónico general. En electrónica, generalmente, se usa capacitancia de microfaradio a Pico faradio. Microfaradios se denota como uF (1 / 1.000.000 Farad o 10 -6 F), nano faradio como nF (1 / mil millones o 10 -9 F) y Pico Farad como pF (1 / 1.000.000.000.000 OR10 -12 F)
Si el valor se vuelve mucho más alto, como mF a pocos Faradios (generalmente <10F), significa que el capacitor puede contener muchas más energías entre sus placas, ese capacitor se llama Ultra capacitor o Supercapacitor.
Las energías almacenadas en un condensador son E = ½ CV 2 Joules. E es la energía almacenada en julios, C es la capacitancia en Farad y V es la diferencia de potencial entre las placas.
Construcción de
El supercondensador es un dispositivo electroquímico. Curiosamente, no existen reacciones químicas que sean las encargadas de almacenar sus energías eléctricas, tienen una construcción única, con una gran placa conductora o electrodo, los cuales están situados muy cerca con una superficie muy pequeña. Su construcción es la misma que la de un condensador electrolítico con un electrolito líquido o húmedo entre sus electrodos. Puede aprender sobre los diferentes tipos de condensadores aquí.
El supercondensador actúa como un dispositivo electrostático que almacena su energía eléctrica como el campo eléctrico entre los electrodos conductores.
Los electrodos, rojo y azul, están recubiertos de doble cara. Por lo general, están hechos de carbono grafito en forma de nanotubos o geles de carbono o un tipo especial de carbones activados conductores.
Para bloquear el gran flujo de electrones entre los electrodos y el paso del ión positivo, se utiliza una membrana de papel porosa. La membrana de papel también separa los electrodos. Como podemos ver en la imagen de arriba, la membrana de papel porosa está situada en el medio que es de color verde. Los electrodos y el separador de papel están impregnados con el electrolito líquido. El papel de aluminio se utiliza como colector de corriente que establece la conexión eléctrica.
La placa de separación y el área de las placas son responsables del valor de capacitancia del condensador. La relación se puede denotar como
Donde, Ɛ es la permitividad del material presente entre placas
A es el área de la placa
D es la separación entre placas
Entonces, en el caso del supercondensador, es necesario aumentar la superficie de contacto, pero hay una limitación. No podemos aumentar la forma física o el tamaño del condensador. Para superar esta limitación, se utilizan tipos especiales de electrolitos para aumentar la conductividad entre placas aumentando así la capacitancia.
Los supercondensadores también se denominan condensadores de doble capa. Hay una razón detrás de esto. Separación muy pequeña y gran área de superficie utilizando un electrolito especial, la capa superficial de iones electrolíticos forma una doble capa. Crea dos construcciones de condensadores, una en cada electrodo de carbono y se denomina condensador de doble capa.
Estas construcciones tienen un inconveniente. El voltaje a través del capacitor se volvió muy bajo debido al voltaje de descomposición del electrolito. El voltaje depende en gran medida del material del electrolito, el material puede limitar la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica del condensador. Entonces, debido al bajo voltaje terminal, se puede conectar un supercondensador en serie para almacenar carga eléctrica a un nivel de voltaje útil. Debido a esto, el supercondensador en serie produce un voltaje más alto de lo habitual y en paralelo, la capacitancia se hizo mayor. Se puede entender claramente mediante la técnica de construcción de matriz de supercondensadores a continuación.
Construcción de matriz de supercondensadores
Para almacenar carga a un voltaje útil requerido, los supercondensadores deben estar conectados en serie. Y para aumentar la capacitancia deben conectarse en paralelo.
Veamos la construcción de la matriz del supercondensador.
En la imagen de arriba, el voltaje de celda de una sola celda o capacitor se denota como Cv, mientras que la capacitancia de una sola celda se denota como Cc. El rango de voltaje de un supercondensador es de 1V a 3V, las conexiones en serie aumentan el voltaje y más condensadores en paralelo aumentan la capacitancia.
Si creamos la matriz, el voltaje en serie será
Voltaje total = Voltaje de celda (Cv) x Número de filas
Y la capacitancia en paralelo será
Capacitancia total = Capacitancia de celda (Cc) x (Número de columna / Número de fila)
Ejemplo
Necesitamos crear un dispositivo de almacenamiento de respaldo, y para eso se requiere un supercondensador o supercondensador de 2.5F con la clasificación de 6V.
Si necesitamos crear la matriz utilizando condensadores de 1F con una clasificación de 3 V, ¿cuál será el tamaño de la matriz y las cantidades de condensadores?
Voltaje total = Voltaje de celda x Número de fila Entonces, Número de fila = 6/3 Número de fila = 2
Significa que dos condensadores en serie tendrán una diferencia de potencial de 6V.
Ahora, la capacitancia, Capacitancia total = Capacitancia de celda x (Número de columna / Número de fila) Luego, número de columna = (2.5 x 2) / 1
Entonces, necesitamos 2 filas y 5 columnas.
Construyamos la matriz,
La energía total almacenada en la matriz es
Los supercondensadores son buenos para almacenar energía y donde se necesita una carga o descarga rápida. Se usa ampliamente como dispositivos de respaldo, donde se necesita una fuente de alimentación de respaldo o una descarga rápida. Se utilizan además en impresoras, automóviles y diversos dispositivos electrónicos potables.