O que é um Super Capacitor, Supercap ou Ultracapacitor
O supercapacitor ou supercap é uma forma útil de capacitor de valor muito alto para uso em aplicações como interrupção temporária do fornecimento.
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Nosso Tutorial de Capacitores inclui:
Usos de Capacitores | Tipos de Capacitores | Capacitor Eletrolítico | Capacitor Cerâmico | Capacitor de Tântalo | Capacitores de Filme | Capacitor de Mica Prata | Super Capacitor | Capacitores de Montagem em Superfície | Especificações e Parâmetros | Como comprar capacitores – dicas | Códigos e Marcas de Capacitores | Tabela de Conversão
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O supercapacitor é uma forma especializada de capacitor que oferece níveis extremamente 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 devido à sua estrutura.
Noções básicas de tecnologia de supercapacitores
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 alcançados.
Existem vários tipos de tecnologia 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. Esta 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, que é 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.
À medida que ocorre o carregamento, os eletrodos de carbono têm duas camadas de carga cobrindo suas superfícies e isso dá origem ao nome capacitores de camada dupla. A distância entre as duas camadas de carga no eletrodo é extremamente pequena e isso significa que níveis de capacitância muito altos são alcançáveis. Além disso, como existem 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 dupla camada resultantes de diferentes mecanismos de armazenamento de carga:
- Capacitor elétrico de camada dupla: Um EDLC armazena energia na camada dupla na interface eletrodo/eletrólito. Neste tipo de condensador, o material do eléctrodo utilizado para a construção da célula do primeiro é maioritariamente material de carbono.
- Capacitor eletroquímico de dupla camada ou super/pseudocapacitor: o supercapacitor sustenta uma reação farádica entre o eletrodo e o eletrólito em uma janela de potencial adequada. Neste tipo de supercapacitor, o material do eletrodo consiste em óxidos de metais de transição ou misturas de carbono e óxidos/polímeros metálicos
Para ambos os tipos de capacitores, 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 supercapacitores
A capacitância muito alta dos supercapacitores os torna ideais para uma variedade de aplicações diferentes – a maioria das quais está associada a fontes de alimentação.
Um dos principais usos é em suprimentos de retenção para memórias, onde eles permitem que 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 – suficiente para manter o equipamento funcionando até que a energia retorne ou uma fonte de backup seja iniciada.
Super capacitores também estão começando a ser usados em veículos para fornecer capacidade de aumento de carga de pico para a fonte de energia. 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 uma tecnologia de bateria de íon de lítio de alta capacidade usada hoje. A tecnologia de íon de lítio foi escolhida para a comparação porque é a tecnologia de bateria de maior densidade em uso generalizado atualmente.
As comparações feitas são apenas para avaliação aproximada e qualquer decisão deve ser baseada no valor exato obtido dos fabricantes para os dispositivos considerados, porque a tecnologia em ambas as áreas está avançando rapidamente.
| COMPARAÇÃO ENTRE SUPERCAPACITOR E BATERIA DE ÍON DE LÍTIO | ||
|---|---|---|
| PARÂMETRO | SUPERCAPACITOR | ÍON DE LÍTIO |
| Tensão da célula | 2,3 – 2,7V | 3,6V |
| Hora de carregar | 1 – 10 segundos | 10 – 60 minutos |
| Vida útil (ciclos de carga/descarga) | ~ 1 milhão | 500 – 3000 |
| Energia específica (Wh/kg) | ~5 | 100 – 200 |
| Potência específica (W/kg) | até 10 000 | 1000 – 3000 |
| Manutenção da tensão de saída | Pobre | Bom |
| Segurança | Relativamente seguro quando abusado | Menos seguros e são conhecidos por 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 de supercaps
O supercapacitor ou ultracapacitor é amplamente utilizado para muitas aplicações e os componentes estão disponíveis em muitos fornecedores e distribuidores. No entanto, há alguns pontos que devem ser observados ao considerar a incorporação de um em um novo design:
- Tensão máxima: Existe uma tensão máxima para ultracapacitores. Outros tipos de capacitores podem ser fabricados para operar em altas tensões, mas os supercapacitores são geralmente restritos a tensões operacionais na região de 2,5 a 2,7V. É possível fabricá-los para operação acima de 2,8V, mas verifica-se que a vida útil é reduzida.
- Operação em série: Para obter tensões operacionais mais altas para supercapacitores, eles podem ser colocados em série. Isso reduz a capacitância total, como é o caso de capacitores colocados em série. Além disso, se mais de três capacitores precisam ser colocados em série, é necessário implementar técnicas de balanceamento de tensão. Como é provável que as correntes de fuga através dos capacitores sejam diferentes, a tensão dividida entre os capacitores não será igual e um ou mais podem entrar em uma posição de sobretensão.
- Auto-descarga: A auto-descarga 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 descarrega cerca de 10% ou mais por mês e uma bateria de íons de lítio cerca de 5% ao mês.
Geralmente, as limitações para supercaps não são um problema importante. Eles normalmente podem ser superados nas áreas em que são um problema e, em algumas, podem não causar nenhum problema.
Resumo do supercapacitor
A tabela abaixo fornece alguns dos principais recursos sobre alguns dos capacitores de filme de metal mais amplamente usados que podem ser levados em consideração ao projetar circuitos ou substituir componentes antigos.
| SUPER CAPACITOR, RESUMO DO SUPERCAP | |
|---|---|
| PARÂMETRO | DETALHES |
| Faixa de valor | ~0,1 Farad para cima |
| Tensão de trabalho | Normalmente 2,5 – 2,8 V |
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