Supercondensatori: dispositivo, applicazione pratica, vantaggi e svantaggi

Cos'è un supercondensatore

I supercondensatori o supercondensatori assomigliano ai normali condensatori elettrolitici, sebbene differiscano da questi ultimi per una capacità elettrica molto più elevata (condensatori estremamente grandi). In termini di proprietà, uno ionistor è un incrocio tra una batteria e un condensatore. Il suo dispositivo può essere descritto come un condensatore con un doppio strato elettrico, non per niente i supercondensatori sono chiamati EDLC - Electric Double Layer Capacitor nelle risorse inglesi.

Tale condensatore funziona grazie ai processi elettrochimici che si svolgono in esso, e non semplicemente a causa del campo elettrico immagazzinato nel dielettrico tra le piastre, come in un condensatore convenzionale. Non esiste uno strato dielettrico classico tra le piastre e le piastre stesse sono costituite da sostanze diverse in portatori di carica di tipo opposto.

Nella misura in cui capacità del condensatore è direttamente proporzionale all'area dei suoi piatti; per ottenere una grande capacità è necessario disporre di un'ampia area delle piastre. È per questo motivo che gli elettrodi del supercondensatore sono solitamente realizzati in carbonio espanso, che conferisce un'area molto significativa di «piastre».

Gli elettrodi sono separati da un separatore e si trovano in un elettrolita solido acido o alcalino. Il separatore elimina un cortocircuito tra gli elettrodi. L'elettrolita cristallino di rubidio, argento e iodio permette di realizzare ionistori ad alta capacità, bassa autoscarica, resistenti alle basse temperature.

I supercondensatori con bassa resistenza interna si ottengono, ad esempio, sulla base di una soluzione di acido solforico, ma la tensione operativa di tali supercondensatori è limitata a 1 volt, inoltre tali soluzioni sono tossiche, quindi vengono utilizzate raramente.

Una reazione elettrochimica nel supercondensatore fa sì che alcuni degli elettroni lascino gli elettrodi, che caricano positivamente gli elettrodi. Gli ioni negativi sono attratti dall'elettrolita verso gli elettrodi caricati positivamente. Questo forma uno strato elettrico.

Di conseguenza, la carica del supercondensatore viene immagazzinata all'interfaccia tra carbonio ed elettrolita e lo spessore dello strato elettrico formato da cationi e anioni è di soli 1-5 nm, che equivale a una distanza molto piccola tra le piastre del condensatore . Ciò si traduce in una capacità significativa misurata in farad. Il supercondensatore è polare, quindi, quando è collegato al circuito, è necessario osservare la corretta polarità.

Applicazione dei supercondensatori

Oggi i supercondensatori si trovano spesso nella tecnologia digitale come alimentatori di backup per microcontrollori, circuiti di memoria, chip CMOS, orologi elettronici e altro ancora.

Se utilizzati insieme alle batterie, i supercondensatori possono anche aumentare l'efficienza e consentire la riduzione del peso e delle dimensioni delle batterie, fornendo potenza aggiuntiva durante i picchi di carico.

Essendo in una posizione intermedia tra condensatori e batterie, i supercondensatori sono applicabili in vari campi: accumulo di energia nei sistemi di frenata rigenerativa, applicazioni a bassa potenza e applicazioni di ricarica rapida (fulmine, lettore, memoria, ecc.).

È probabile che il futuro includa dispositivi elettronici portatili, auto elettriche e tutto ciò che oggi funziona a batterie, con il vantaggio di poter essere ricaricate in pochi minuti. I supercondensatori sono inoltre indispensabili quando è richiesto un numero elevato di cicli di carica-scarica in condizioni di consumo energetico a breve termine.

Elenchiamo solo alcune delle aree di applicazione di successo dei supercondensatori oggi:

• energia eolica,
• attrezzature mediche,
• alimentazione ridondante,
• riserva di energia,
• rigenerazione dell'energia di frenata,
• alimenti per elettronica di consumo ed elettrodomestici da cucina,
• alimentazione di LED e sensori,
• memoria di backup,
• mantenere l'alimentazione delle serrature elettroniche,
• stabilizzazione della tensione.

Vantaggi e svantaggi

Gli svantaggi dei supercondensatori includono una bassa tensione operativa (fino a 2,7 volt per cella, che porta alla necessità di raccogliere i supercondensatori nelle batterie) e un prezzo piuttosto elevato rispetto a batterie e condensatori.

Caratteristiche positive dei supercondensatori: velocità di carica e scarica, risorsa di centinaia di migliaia di cicli, esente da manutenzione, dimensioni e peso ridotti, facilità d'uso, ampia gamma di temperature operative, lunga durata.

Guarda anche: Qual è la differenza tra batterie e condensatori