"Os supercondensadores teñen un lugar especial nas aplicacións"
"Os supercondensadores teñen un lugar especial nas aplicacións"
Que é un condensador?
Cendón Ione: O condensador é, en definitiva, un sistema de almacenamento de enerxía formado por dúas placas metálicas (electrodos) e un material dieléctrico entre elas. Por iso, as características do condensador veñen dadas por dous factores principais: a cantidade de enerxía que almacena e a súa potencia, é dicir, o tempo que pode liberar a enerxía acumulada. Os condensadores convencionais non poden almacenar moita enerxía, pero a súa liberación é moi rápida, é dicir, son de gran potencia.
Ritxar Aizpurua: Moitas aplicacións eléctricas, aínda tendo un consumo básico, requiren nun momento dado una gran potencia. Entón, paira dar resposta a esta demanda súbita, existen dúas opcións: instalar una potente fonte primaria de alimentación, que durante a maior parte do tempo pérdese de forma inútil ou utilizar un condensador. O condensador responde o pulso instantáneo e cárgase entre os pulsos. É, por tanto, un depósito de enerxía.
E que é o supercondensador? A que necesidades responde?
I. S: Como dixemos, nalgunhas aplicacións necesítase una gran potencia instantánea, por exemplo nun coche eléctrico, ao subir costas ou adiantar outro coche. Neste caso, tanto a capacidade de almacenamento como a dispoñibilidade de grandes potencias resultarían de gran utilidade. Estas son as características do supercondensador: é capaz de almacenar moita máis enerxía que os condensadores convencionais e ademais ten una potencia moito maior que a batería. Por tanto, o supercondensador suma as vantaxes das baterías e os condensadores convencionais.
Que diferenza hai entre ambos?
I. S: Una batería ten una potencia específica de 1000 W/kg, aproximadamente, o condensador convencional de 100.000 W/kg e o supercondensador de 10.000 W/kg. Hai que ter en conta que estes números son estándares e, por suposto, de maior potencia, pero serven paira ter una referencia. Energéticamente, a batería pode almacenar entre 10-100 Wh/kg, o supercondensador entre 5-10 Wh/kg e o condensador convencional 0,01-0,1 Wh/kg.
Como almacena o supercondensador tanta enerxía?
I. S: A carga acumulada por un condensador convencional pode aumentarse aumentando a superficie dos dous electrodos e reducindo a distancia entre ambos. Pero non é un método moi práctico, xa que paira algunhas aplicacións sería necesario un condensador xigante.
Paira a fabricación do supercondensador utilízanse materiais porosos, xeralmente carbono, en lugar de electrodos metálicos, obtendo electrodos de gran superficie. Ao pór en contacto estes electrodos cun electrolito fórmase una dobre capa de carga eléctrica, é dicir, o carbono adquire una carga positiva e o electrolito unha carga negativa. Debido á gran superficie da dobre capa, acumúlase moita enerxía neste sistema, aumentando a capacidade do supercondensador coa superficie do electrodo.
Por tanto, a función das placas metálicas nos condensadores convencionais cúmprea o carbono no supercondensador?
I. S: Si, e a función do material interlaminar cúmprea a dobre capa que se forma ao engadir o electrolito. E cunha superficie tan grande do electrodo, a capacidade aumenta enormemente; nos condensadores convencionais a capacidade mídese en picofaradas e nos supercondensadores en faradas, centos de faradas ou, como máximo, en miles de faradas.
En canto á potencia, durante canto tempo os supercondensadores poden liberar enerxía?
R. A. Os condensadores convencionais poden alimentar o sistema nuns poucos milisegundos, e os supercondensadores nunhas décimas de segundo ou uns segundos e nuns minutos como máximo, mentres que as baterías poden durar horas, días ou semanas.
Todos os supercondensadores son iguais?
I. S: Non, dependendo da natureza do electrodo, poden ser de tres tipos: carbono, óxido de metais e polímeros. Con todo, os electrodos de carbono son os máis utilizados, xa que todos os que se venden no mercado utilizan os electrodos de carbono porque son moito máis estables que outros.
Tamén se poden utilizar electrolitos acuosos ou orgánicos. Entre os acuosos, utilízanse xeralmente potasa e ácido sulfúrico. Con todo, non se poden utilizar cun potencial superior a 1,2 voltios, xa que a partir de aí a auga descomponse. Isto é importante porque a enerxía que acumula é proporcional á tensión. Por tanto, os electrólitos acuosos non poden almacenar tanta enerxía como os orgánicos.
Con electrólitos orgánicos a tensión pode elevarse até 2,3 voltios. Neste caso, nós utilizamos o tetraetilamonioa-tetrafluoroborato no acetonitrilo. A resistencia xerada por estas moléculas é maior que a xerada polos electrolitos acuosos, polo que os orgánicos teñen menor potencia (requiren máis tempo paira liberar enerxía).
En teoría, deberiamos elixir en función da aplicación se require electrolito, potencia ou alta enerxía, pero na práctica todos os supercondensadores que hai no mercado teñen electrolitos orgánicos, xa que a diferenza de tensión é moi elevada respecto dos acuosos.
Este carbono está en forma de grafito?
I. S: Non, porque o grafito ten una superficie específica moi baixa, inferior a 20 m 2 /g. Os electrodos fabrican carbono activo, cunha superficie aproximada de 2.000 m 2 /g. Sen esta superficie mínima non traballan correctamente. Ademais, é importante que o tamaño dos poros sexa o adecuado, xa que os iones do electrolito deben poder penetrar nos poros.
Finalmente, a calidade vén dada pola gran superficie e pola adecuación do diámetro do poro ao tamaño do ion. Por iso, desde CIDETEC están a investigarse diferentes materiais de carbono (nanotubos, nanofibras, aerogeles, etc.) e os seus tratamentos de activación.
Cal é a fonte primaria de enerxía máis adecuada paira os supercondensadores?
R. A. Na actualidade existen numerosas tecnoloxías que poden utilizarse como fontes primarias de enerxía: xeradores de aire, paneis fotovoltaicos, pilas de combustible, etc., pero quizá as máis utilizadas polo momento son as baterías. Cada día hai mellores baterías no mercado, capaces de almacenar moita enerxía e ofrecer grandes potencias. Por exemplo, as de litio iónico/polímero xa melloraron as baterías de Nin/Cd ou NiMH que até agora foron referentes. Con todo, cada vez son máis caros.
Por tanto, os supercondensadores pódense utilizar con baterías máis baratas, que acumulan gran cantidade de enerxía, e aínda que non poden responder os pulsos de enerxía, paira iso pódense utilizar sistemas de supercondensador de baterías.
En que sistemas pódense aplicar este tipo de solucións?
R. A. Nos teléfonos móbiles, por exemplo, as baterías de Nin/Cd son moi utilizadas, xa que son adecuadas paira dar pulsos. Os móbiles requiren dous amperios de pulsos moi curtos pero moi frecuentes. Con todo, tamén poderían utilizarse baterías de baixa potencia si son capaces de cargar o supercondensador entre pulsos. O condensador liberaría pulsos de enerxía, sobre todo ao conectarse ou chamar ao repetidor.
I. S: Desta forma, ademais, facilítase o traballo das baterías e pódese alargar a súa vida útil entre un 10 e un 20%.
Estades a probar este tipo de sistemas en CIDETEC?
R. A. Si, ese é un dos nosos obxectivos. Xa conseguimos alimentar un teléfono móbil cunha pila de combustible, pero coa axuda do supercondensador, xa que a densidade de potencia das pilas de combustible é bastante reducida. Doutra banda, estamos a traballar nun sistema que une supercondensadores e baterías paira alimentar sistemas de pulsos de alta potencia afastados da rede eléctrica. Con todo, estamos constantemente buscando novas aplicacións paira o uso de supercondensadores.
Destacariades outras aplicacións rechamantes?
R. A. O exemplo dos coches eléctricos é moi ilustrativo paira comprender o uso de supercondensadores: paira adiantar a outro coche, subir una pendente ou acelerar bruscamente, pódese utilizar a enerxía acumulada polo supercondensador. Así, a fonte primaria de enerxía non debe ser moi grande, polo que o sistema é barato e lixeiro. Ademais, este sistema pode axudar a reducir o consumo se utiliza a enerxía de freado paira cargar o condensador.
Que problemas teñen estes sistemas?
R. A. Por exemplo, a descarga espontánea é un gran problema. Os condensadores son válidos cando se usan pero non son adecuados paira almacenar enerxía, se non liberan enerxía perden co tempo. Por tanto, hai que buscarlles as aplicacións adecuadas, pola contra, só dan problemas. Se están no circuíto débense utilizar.
Por outra banda, o nivel de tensión dos supercondensadores é baixo (1V-2,5 V) e deben conectarse en serie paira obter tensións máis altas e útiles.
Inventaranse aplicacións; en moitos artigos escribiuse que os supercondensadores son una nova solución e agora hai que buscar problemas con esas solucións. Son útiles en teléfonos móbiles, coches, cámaras de fotos e outros moitos dispositivos. Tamén poden utilizarse paira facer fronte a interrupcións de corrente en computadores, xa que poden proporcionar tempo paira almacenar a información contida na memoria.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian