Supercondensadores vs baterías: ¿cuál es la diferencia?

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Los supercondensadores han existido desde la década de 1950, pero solo en los últimos años se ha hecho evidente su potencial. Echemos un vistazo a estos componentes de computadora que almacenan energía de la misma manera que las baterías pero usan principios completamente diferentes.

Índice

    ¿Qué es un condensador?

    Antes de llegar a los supercondensadores, vale la pena una breve explicación de lo que es un condensador ordinario para ayudar a demostrar qué hace que los supercondensadores sean especiales. Si alguna vez ha mirado la placa base de una computadora o prácticamente cualquier placa de circuito impreso, habrá visto estos componentes electrónicos.
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    Un condensador almacena electricidad como un campo eléctrico estático. Es lo mismo que sucede cuando caminas sobre una alfombra en calcetines y acumulas una carga eléctrica, solo para descargarla cuando tocas el pomo de una puerta. ¡Estabas actuando como un condensador! Dentro de un capacitor típico, encontrará dos conductores separados por un material aislante. La carga positiva se acumula en un conductor y la carga negativa en el otro. Por lo tanto, hay un campo electrostático entre las dos placas. Hay muchas formas de diseñar un capacitor, pero todas tienen los componentes básicos de dos placas de carga y un aislante (dieléctrico). El aislamiento puede ser aire, cerámica, vidrio, película plástica. líquido, o cualquier otra cosa que sea mala para conducir la electricidad.
    Interior de un condensador con anotaciones.Designua/Shutterstock.com
    Los capacitores tienen muchos usos en electrónica. En las computadoras y otros sistemas digitales, aseguran que la información no se pierda en caso de un corte de energía momentáneo. También actúan como filtros para limpiar las sobretensiones eléctricas que, de lo contrario, podrían dañar los componentes electrónicos sensibles.

    Cómo difieren los condensadores y las baterías

    Los condensadores y las baterías son similares en el sentido de que pueden almacenar energía eléctrica y luego liberarla cuando sea necesario. La gran diferencia es que los capacitores almacenan energía como un campo electrostático, mientras que las baterías usan una reacción química para almacenar y luego liberar la energía. Dentro de una batería hay dos terminales (ánodo y cátodo) con un electrolito entre ellos. Un electrolito es una sustancia (generalmente un líquido) que contiene iones. Los iones son átomos o moléculas con carga eléctrica.
    Una ilustración anotada de la estructura y el contenido de una batería de iones de litio.sivVector/Shutterstock.com
    También hay un separador en el electrolito que solo deja pasar los iones. Cuando carga la batería, los iones se mueven de un lado al otro del separador. Cuando descargas la batería, sucede lo contrario. El movimiento de iones almacena químicamente electricidad o transforma esta energía química almacenada en corriente eléctrica.

    Condensador vs Supercondensador

    Los supercondensadores también se denominan ultracondensadores o condensadores de doble capa. La principal diferencia entre los supercondensadores y los condensadores ordinarios es la capacitancia. Simplemente significa que los supercondensadores pueden almacenar un campo eléctrico mucho más grande que los condensadores normales. En este diagrama puede ver otra gran diferencia cuando se trata de supercondensadores. Al igual que una batería (ya diferencia de un condensador tradicional), un supercondensador tiene un electrolito. Esto significa que utiliza los principios de almacenamiento electrostático y electroquímico para mantener una carga eléctrica.
    Ilustración esquemática de la estructura y el contenido de un supercondensador.Fouad A. Saad/Shutterstock.com
    Esta es una simplificación excesiva, y los aspectos realmente técnicos llevarían mucho más tiempo de explicar. Lo más importante que debe saber acerca de los supercapacitores es que ofrecen las mismas características generales que los capacitores, pero pueden proporcionar muchas veces el almacenamiento de energía y la entrega de energía del diseño convencional.

    Las ventajas y desventajas de los supercondensadores

    Los supercondensadores ofrecen muchas ventajas sobre, por ejemplo, las baterías de iones de litio. Los supercondensadores pueden recargarse mucho más rápido que las baterías. El proceso electroquímico crea calor y por lo tanto la carga debe hacerse a un ritmo seguro para evitar fallas catastróficas de la batería. Los supercondensadores también pueden entregar su energía almacenada mucho más rápido que una batería electroquímica, por la misma razón. Si la batería se descarga demasiado rápido, también puede provocar una falla catastrófica. Los supercondensadores también son mucho más duraderos que las baterías, especialmente las baterías de iones de litio. Mientras que las baterías que se encuentran en los teléfonos, computadoras portátiles y automóviles eléctricos comienzan a desgastarse después de unos cientos de ciclos de carga, los supercondensadores se pueden cargar y descargar más de un millón de veces sin degradarse. Lo mismo ocurre con la entrega de voltaje. Una batería de 12 V puede entregar solo 11,4 V en unos pocos años, pero un supercondensador entregará el mismo voltaje después de más de una década de uso. La mayor desventaja en comparación con las baterías de iones de litio es que los supercondensadores no pueden descargar su energía almacenada tan lentamente como una batería de iones de litio, lo que los hace inadecuados para aplicaciones en las que un dispositivo debe permanecer largos períodos de tiempo sin recargarse. Tal como está en el momento de escribir este artículo, los supercondensadores no reemplazan a las baterías de iones de litio ni a otras tecnologías de baterías, pero hay un número creciente de trabajos para los que los supercondensadores son perfectos.

    Productos de supercondensadores

    Probablemente haya usado productos que contienen supercondensadores sin siquiera saberlo. Los primeros supercondensadores fueron creados en la década de 1950 por un ingeniero de General Electric llamado Howard Becker. En 1978, NEC acuñó el nombre de "supercondensador" y utilizó el dispositivo como una forma de energía de respaldo para la memoria de la computadora. Hoy en día, los encontrará en computadoras portátiles, dispositivos GPS, dispositivos portátiles, flashes de cámaras y muchos otros dispositivos electrónicos. los Celda Flash Coleman usó un supercondensador en lugar de una batería. Esto significó que funcionó la mitad de tiempo que un modelo tradicional alimentado por batería, pero se recargó en 90 segundos en lugar de horas. Del mismo modo, el S-Pen del samsung galaxia nota 9 usó un supercondensador para alimentar las funciones inalámbricas de la pluma. La energía se agotaría en unos minutos de uso intenso o después de 30 segundos de tiempo de descanso, pero solo se necesitan 40 segundos para volver a llenarla. Los supercondensadores también están encontrando su lugar en el mundo de los vehículos híbridos y eléctricos. Son excelentes para capturar y liberar la potencia del frenado regenerativo, que es una carga dinámica a corto plazo. Los vehículos como los autobuses de transporte público o los tranvías también son adecuados para los supercondensadores. Solo necesitan energía suficiente para llegar a la siguiente parada, donde se recargarán en segundos o minutos. Dado que los supercondensadores en realidad no se desgastan, este ciclo de transporte público fijo tiene mucho sentido tecnológico.

    ¿Son los supercondensadores el futuro del almacenamiento de energía?

    Con el progreso de la investigación de supercondensadores, parece probable que algún día tengamos baterías de supercondensadores. Estos serían dispositivos que tienen la durabilidad y la velocidad de los supercondensadores, pero con la densidad de energía y el tiempo de funcionamiento prolongado de las baterías. En 2016, científicos de la Universidad de Florida Central crearon un prototipo supercondensador flexible con mayor densidad de energía que los supercondensadores actuales y 30.000 ciclos de carga sin degradación. Los nuevos materiales a nanoescala y los experimentos con grafeno apuntan a la posibilidad de que sean posibles supercondensadores con densidades de energía mucho más altas. Si bien es posible que nunca coincidan con las baterías de iones de litio, una cantidad utilizable de carga, junto con un tiempo de recarga rápido, podría colocarlas donde las baterías actualmente cumplen un papel. Una vez más, hay otras tecnologías que compiten con los supercondensadores. El principal de ellos es la legendaria batería de estado sólido, y recientemente las baterías tradicionales de iones de litio con infusión de grafeno también se han mostrado prometedoras. Cualquiera que sea la tecnología de carga rápida, duradera y densa en energía que gane la carrera, todos seremos ganadores.

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