¿Qué es un Condensador Eléctrico de Doble Capa?
Un condensador eléctrico de doble capa es un condensador que utiliza la doble capa eléctrica formada en la interfaz entre el electrodo y el electrolito para almacenar una carga eléctrica, y se caracteriza por una densidad de energía especialmente alta. Debido a su alta densidad de energía, a menudo se comparan con las baterías recargables, como las baterías de níquel-hidruro metálico y las baterías de iones de litio, pero mientras que las baterías implican una reacción química durante la carga y la descarga, los condensadores eléctricos de doble capa sólo adsorben una carga física y no implican una reacción química.
Por esta razón, los condensadores eléctricos de doble capa son inferiores a las pilas recargables en términos de densidad energética (la cantidad de energía que puede almacenarse por unidad de peso o volumen), pero, por otro lado, tienen la ventaja de la densidad de salida (la cantidad de potencia instantánea que puede extraerse) y una degradación del rendimiento (vida útil) extremadamente baja debido a las cargas y descargas repetidas. Las ventajas del condensador eléctrico de doble capa son las siguientes.
Aplicaciones de los Condensadores Eléctricos de Doble Capa
Los condensadores eléctricos de doble capa se utilizan como dispositivos de almacenamiento de energía, y mientras que las baterías recargables son adecuadas para aplicaciones que requieren mucha energía, los condensadores eléctricos de doble capa se seleccionan cuando se necesita una carga y descarga rápidas y se requiere durabilidad.
Concretamente, se utilizan en fuentes de alimentación de reserva para circuitos electrónicos de dispositivos móviles, etc., impresoras, fotocopiadoras, cepillos de dientes eléctricos y relojes alimentados por energía solar. También se utilizan en el sistema de alimentación robótica de la sonda Hayabusa para asteroides y en la regeneración de energía durante la deceleración de vehículos.
Principio del Condensador Electrolítico de Doble Capa
Los condensadores electrolíticos de doble capa utilizan la doble capa eléctrica generada en la interfaz de los materiales activos para fabricar el condensador. La capacitancia C se define mediante la fórmula “C=εS/d” y a partir de esta fórmula se requieren las siguientes medidas para aumentar la capacitancia C
- Aumentar la superficie (S) del material activo
- Reducir el espesor de la doble capa eléctrica (d)
- Aumentar la constante dieléctrica (ε) del electrolito.
El electrolito está compuesto por electrolitos tales como sales de amonio cuaternario y sales de imidazolio disueltas en disolventes orgánicos, mientras que el carbón activado se utiliza como material activo para los electrodos positivo y negativo, y para aumentar la capacitancia C se requieren las siguientes medidas
- Utilizar carbón activado con una gran superficie (tamaño de partícula pequeño)
- Utilizar electrolitos con un radio iónico pequeño
- Utilizar disolventes orgánicos con una constante dieléctrica elevada.
La carga y descarga de los condensadores utiliza el efecto de un aumento de la carga en la interfaz entre el electrolito y los electrodos en pares cuando los iones positivos y negativos del electrolito se adsorben en los respectivos electrodos. Cuando se descarga la carga almacenada, los iones se absorben de la doble capa eléctrica. Los condensadores eléctricos de doble capa pueden ser cilíndricos o apilados. El tipo cilíndrico tiene la ventaja de ser fácil de fabricar, ya que el electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador simplemente se apilan, se enrollan y se colocan en un cilindro, y luego se llenan de electrolito.
Más Información sobre los Condensadores Eléctricos de Doble Capa
1. Vida Útil de los Condensadores Eléctricos de Doble Capa
A diferencia de las baterías, los condensadores eléctricos de doble capa no sufren una reacción química durante la carga y la descarga. Por esta razón, mientras que la capacidad de una batería recargable disminuye considerablemente desde la fase inicial después de unos 1000 ciclos, se dice que el rendimiento de un condensador eléctrico de doble capa, en principio, apenas se deteriora incluso después de 1 millón de ciclos de carga y descarga. En realidad, sin embargo, la capacidad de los condensadores eléctricos de doble capa disminuye debido a los siguientes factores:
- Durante la carga y la descarga, el condensador genera calor debido a la resistencia interna, lo que provoca un deterioro por aumento de la temperatura, con la consiguiente disminución de la capacidad.
- La tasa de degradación se duplica a medida que la temperatura del entorno de funcionamiento aumenta 10°C. (en un entorno operativo de 70°C o inferior).
- El electrolito se descompone cuando el condensador se somete a una tensión superior al límite superior de tensión de funcionamiento.
Cuando se utilizan condensadores eléctricos de doble capa, es necesario tener en cuenta el efecto sobre la vida útil y prestar atención al aumento de temperatura y a la polarización de la tensión y la corriente cuando se utilizan en serie o en paralelo. 2. Desventajas de los condensadores eléctricos de doble capa
2. Desventajas de los Condensadores Eléctricos de Doble Capa
Las desventajas de los condensadores eléctricos de doble capa son las siguientes:
Secado
Se produce cuando el electrolito se evapora hacia el exterior del encapsulado del condensador eléctrico de doble capa. Esta desventaja puede suprimirse utilizando un electrolito con un punto de ebullición alto y haciendo más pequeña la sección de sellado.
Fugas de Líquido
Pueden producirse fugas de líquido debido al deterioro del sellado de caucho butílico. Esto puede controlarse reduciendo el tamaño de la sección de sellado para evitar que la humedad, que provoca el deterioro del caucho, penetre en el interior.
No Puede Utilizarse en Circuitos de Corriente Alterna
El producto está destinado a un uso eléctrico secundario, como respaldo de energía en circuitos de CC, y no puede utilizarse en circuitos de CA.