J406: Sistemas basados en Supercondensadores


Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica en forma de cargas electroestáticas confinadas en pequeños dispositivos, formados por pares de placas conductivas separadas por un medio dielèctrico. La construcción y funcionamiento es similar a un condensador convencional a gran escala. Un supercondensador puede llegar a tener capacidades del orden de miles de faradios. Los supercondensadores son caracterizados por poder ser cargados y descargados en brevísimos períodos de tiempo, del orden de segundos o menos, lo cual los hace especialmente apropiados para responder ante necesidades de puntas de potencia o ante interrupciones de suministro de poca duración. Ello es debido a que el almacenamiento de cargas es puramente electroestático.

En los ùtlimos años, los supercondensadores han surgido como una alternativa o complemento imporante para otros dispositivos de producción o almacenaimento de energía eléctrica como las pilas de combustible o las baterías. La principal virtud del primero frente a los dos ùltimos es la mayor potencia que es capaz de inyectar, aunque poseen una menor densidad de energía. Otras características de los supercondensadores son la rapidez de carga y descarga, pueden proporcionar corriente de carga altas, cosa que daña a las baterías, el nùmero de ciclos de vida de los mismos, del orden de millones de veces, no necesitan mantenimiento, trabajan en condiciones de temperatura muy adversas y por ùltimo, no presentan en su composición elementos tóxicos, muy comùn en baterías.

La principal desventaja de los supercondensadores es la limitada capacidad de almacenar energía, y al dìa de hoy, su mayor precio. En realidad debido a sus diferentes prestaciones, condensadores y baterìas no son sistemas que rivalicen entre sí, si no màs bien se pueden considerar en muchas aplicaciones como sistemas complementarios donde la baterìa aporta la energìa mientras el supercondensador aporta los picos de potencia.

Los materiales estudiados como electrodos para supercondensadores son principalmente de tres tipos: óxidos de metales de transisión, polímeros conductores y materiales de carbono activados. Con óxidos metalicos se han conseguido valores de capacidad muy altos, pero estos supercondensadores tienen la desventaja de que son excesivamente caros y por lo tanto sólo se utilizan en aplicaciones militares y en la industria aeroespacial. El uso de polìmeros conductores tambièn puede dar lugar a capacidades relativamente altas, pero estos materiales presentan el inconveniente de que sufren hinchamiento y contracciòn, lo cual es indeseable puesto que pueden ocasionar la degradación de los electrodos durante los ciclos de carga y descarga. Finalmente, los materiales de carbono se presentan como los materiales activos del electrodo más atractivos, debido a su baje coste relativo, elevada área superficial (pueden superar los 2200 m²/g) y gran disponibilidad. Además, los materiales de carbono pueden presentar unas estructuras diferentes (materiales grafìticos, grafitizables o no grafitizables) y estàn disponibles en una gran variedad de formas (fibras, telas, aerogeles o nanotubos).

Se puede decir que, actualmente, sòlo los supercondensadores basados en carbono, o también llamados condensadores de doble capac (double-layer capacitors), han conseguido llegar a la etapa de comercialización.

Las características principales de estos dispositivos se indican a continuación:

  • Altas capacidades: aprox 1 – 5000 F
  • Densidad de energía unitaria: aprox 1 – 10 Wh/kg
  • Densidad de potencia: aprox 1 – 10 kW/kg
  • Tiempos de carga y descarga: aprox minutos, segundos
  • Número de ciclos de carga y descarga: aprox 10⁶
  • Tensión de trabajo limitada: aprox 1 – 500 V
  • Rendimiento elèctrico: aprox 95 – 99%
  • My baja autodescarga
  • Precio relativamente alto
  • No necesitan mantenimiento
  • No poseen elementos tóxicos
  • Resistencia a condiciones adversas de temperatura
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