Observando la Tabla 08-01 podemos ver que, por ahora, la batería logra tener una energía específica mayor que el supercondensador. En los demás ítems hay una superioridad por parte del supercondensador. Hay que destacar la cantidad de cargas y descargas, así como el tiempo de carga que presenta el supercondensador, superando en mucho a las baterías de ion-litio. La amplitud térmica durante la carga y descarga de un supercondensador lo coloca en una posición extremadamente ventajosa en diseños que necesita esta característica. También podemos destacar la eficiencia y, principalmente, la potencia específica. Esta característica permite que el supercondensador entregue una gran cantidad de energía al sistema en un corto intervalo de tiempo. Y viceversa. También puede absorber grandes cantidades de energía del sistema para devolverla en un momento posterior.

Esta última característica (mencionada anteriormente) se está implementando en trenes urbanos y suburbanos. Así que cuando el tren está al acercarse a una estación de embarque/desembarque, al disminuir su velocidad, el tren entra en régimen de frenado regenerativo, un régimen que permite que los motores comiencen a funcionar como generadores de energía. Esta energía se almacena en supercondensador. Cuando el tren parte hacia la siguiente estación, la energía acumulada en los supercondensador se utiliza para ayudar a acelerar el tren hasta que alcance una velocidad constante. Esta fuente de alimentación adicional estabiliza el voltaje en la red alimentación del tren.

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Un supercondensador consta de dos electrodos, un electrolito y un separador que aísla eléctricamente los dos electrodos. Los electrodos pueden ser del mismo material o de materiales diferentes. Cuando los materiales son iguales, decimos que el supercondensador es simétrico. Y cuando los materiales son diferentes, entonces se les llama asimétricos.

El electrodo es el elemento más importante de un supercondensador. El rendimiento del supercondensador se ve afectado por propiedades electroquímicas de los materiales que lo componen, la elección de electrolito y la ventana de potencial. Por lo tanto, para producir un supercondensador con propiedades optimizadas es necesario que tener un desfase de potencial alto entre el cátodo y el ánodo, ya que esto proporcionará una mayor densidad de energía. Así, una combinación adecuada de cátodo y ánodo es de suma importancia para la fabricación de un supercondensador con las propiedades mencionadas anteriormente, por lo que varios materiales nanoestructurados basados ​​en carbono, polímeros conductores y óxidos metálicos se están implementando para fabricar los más diversos tipos de supercondensador.

El electrolito es un líquido que tiene una mezcla de iones positivos y negativos generalmente de una sal no tóxica, solvatada por un solvente polar, como ejemplo, agua. En cada superficie de los electrodos se origina un área donde el electrolito líquido hace contacto con la superficie de metal conductor del electrodo, formando un interfaz común entre las dos diferentes fases de la materia. Tal interfaz se comporta como una capa insoluble del electrodo y el electrolito líquido adyacente, un fenómeno muy especial que es la formación, o efecto, de la doble capa.

El separador se encuentra entre los dos electrodos y su principal característica es que es permeable a los iones. Es conocido como separador eléctrico o membrana de separación eléctrica.

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supercondensadores de doble capa usan electrodos de carbón activado, o grafeno (que es una de las formas alotrópicas del carbono) que aumenta la capacitancia de doble capa, ya que el área específica alcanza cientos de metros cuadrados por gramo, teniendo una capacitancia mucho mayor que los capacitores que Utilizar principios electroquímicos. Cabe señalar que este tipo de supercondensador usa solo fenómenos físicos a través de la electrostática, no se involucra ningún cambio químico en el proceso de carga y descarga.

La alta capacitancia de los supercondensadores de doble capa la energía eléctrica se obtiene debido a la muy pequeña distancia entre la superficie del refuerzo fijo y (superficie de carbón activado o grafeno) y la capa electrostática que está formada por iones rodeados por una fina capa de disolvente, cuyo espesor de la capa de disolvente es del orden de décimas de nanómetros (normalmente 0,3 a 0,8 nm), lo que hace que el espesor del dieléctrico muchas veces más pequeño que el de un capacitor convencional.

Los supercondensadores usan la capacitancia resultante de la separación de carga en la interfase electrodo-electrolito. Esta disposición de cargas en la interfaz da lugar a la doble capa eléctrico. Un electrodo polarizable es aquel en el que no se produce transferencia de carga cuando su potencial es variado. Por lo tanto, todo aumento de potencial conduce a un aumento de capacitancia eléctrica de doble capa. Si el área del electrodo aumenta a través de los poros, se pueden almacenar grandes cantidades de carga en un supercondensador.

Este tipo de supercondensador tiene un electrodo positivo deficiente en electrones y un electrodo negativo, con exceso de electrones, ambos en contacto con un electrolito. Un separador permeable a iones es colocado entre los electrodos. Durante la carga, el electrodo negativo atrae cationes, mientras que los aniones son acumulada por el electrodo cargado positivamente.

Para la construcción de un supercondensador eléctrico de doble capa, el material del los electrodos deben ser estables con respecto a la solución electrolítica, por lo tanto, los procesos faradaicos tales como oxidación, corrosión y formación de película de óxido no deben ocurrir. Para eso, la investigación está buscando materiales de electrodos no corrosivos, como el carbón activado, que se usa ampliamente en capacitores electroquímico debido a su bajo costo, alta área específica y alta estabilidad para aplicaciones tecnológicas.

En la Figura 08-01 vemos un esquema interno de un supercondensador de doble capa. Vemos los electrodos con sus respectivos separador. Tenga en cuenta que los electrodos están enrollados en forma cilíndrica, con la longitud determinada por el diseño para encajar entre sí y lograr la capacitancia especificada.

El proceso electroquímico tiene lugar tras la aplicación de una diferencia de potencial (ddp), donde hay una acumulación de carga (polarización) en los electrodos. Durante el proceso de carga, los electrones migran del electrodo positivo al electrodo negativo, con esto, los iones presentes en el electrolito migran por difusión a los poros en la superficie de los electrodos para mantener el equilibrio electrostático de la sistema. Para evitar la recombinación de iones en los electrodos, la capa de doble carga se forma. La doble capa, combinada con la superficie específica de la electrodos, y con la disminución de la distancia entre los electrodos, permite la misma alcanzar valores elevados de densidad de energía.

En este proceso, se observan moléculas de disolvente cargadas negativamente en la superficie del electrodo adsorbida por interacción dipolo-electrodo. En esta etapa también puede haber aniones adsorbidos con gran radio iónico y baja solvatación. El plano donde todos los iones adsorbidos están centrados se llama plano Helmholtz interno. El plano exterior de Helmholtz corresponde al máximo aproximación de iones solvatados que son libres de moverse dentro del electrolito.

Adsorción es la adhesión de moléculas de un fluido (llamado adsorbido) a una superficie sólida (llamada adsorbente); el grado de adsorción depende de la temperatura, la presión y la superficie que ocupa el electrodo.

El primer modelo de doble capa fue propuesto por Helmholtz quien investigó la propiedades entre un conductor electrónico sólido y un conductor líquido iónico y modeló esta interfaz usando dos distribuciones de carga interfaciales. La primera es la naturaleza. electrónico, por el lado del electrodo, y el segundo de naturaleza iónica, de signo contrario, por el electrolito, como se ilustra en el diagrama de la Figura 08-02 1). Cabe señalar que en este diagrama las cargas la electrónica en el electrodo está representada por el símbolo “+”, y en el electrolito por el símbolo “-” para anión o “+” para catión, rodeado de círculos que indican solvatación. El método de Helmholtz no tiene en cuenta la dependencia de la capacitancia del voltaje.

Pensando en eso, Gouy y Chapman introdujeron en 1910 un modelo que adopta un movimiento térmico aleatorio, y que considera la distribución espacial de las cargas iónicas en el electrolito. Esta distribución de cargas se conoció como la capa difusa, representada en la Figura 08-02 b). En 1924 Stern mejoró el modelo de Gouy y Chapman, introduciendo las dimensiones de iones y moléculas del solvente, y dividiendo la carga espacial en dos zonas distintas, como se muestra en Figura 08-02 c) : una capa compacto, que consta de iones adsorbidos en la superficie del electrodo, y una capa difusa como la definida por Gouy y Chapman.

Generalmente, el espesor de la doble capa eléctrica es del orden de 0,5 nm a 1 nm, lo que resulta en una alta capacitancia, especialmente cuando se combina con electrodos porosos, que producen un aumento muy grande del área efectiva de contacto. En la Figura 08-03 esquemas de un supercondensador de doble capa, destacando sus principales elementos:

En la Figura 08-03 también se ilustra un circuito eléctrico simplificado para el condensador doble capa, estando representada por dos supercondensador conectados en serie.

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La pseudocapacitancia es un mecanismo faradaico (transferencia de carga eléctrica entre el material activo y el electrolito) almacenamiento de carga basado en las reacciones redox rápidas y reversibles que ocurren involucrando materiales presentes en el material electroactivo del electrodo, tales como por ejemplo: óxidos/sulfuros metálicos y polímeros conductores. A pseudocapacitancia puede ocurrir en todo el volumen del electrodo, lo que permite una capacitancia absoluta mayor que el mecanismo eléctrico de doble capa que ocurre sólo en la superficie del electrodo.

La pseudocapacitancia de un material puede ser intrínseca o extrínseca. En el primer caso, los materiales tienen un comportamiento pseudocapacitivo para diferentes tipos de morfologías y tamaños de partículas. La pseudocapacitancia extrínseco sólo aparece en condiciones severas, como, por ejemplo, materiales con dimensiones nanométricas, mientras que el mismo comportamiento no es observado en material de tipo a granel.

Cuando se aplica un potencial a un pseudocapacitor, el proceso de reducción y oxidación en el material del electrodo, lo que implica el paso de carga a través de la doble capa, lo que resulta en el paso de corriente farádica a través de la celda del supercondensador. El proceso farádico involucrado en los supercondensadores permite alcanzan una capacitancia específica alrededor de 10 - 100 veces mayor que los valores obtenido para los dispositivos eléctricos de doble capa.

Hay una diferencia fundamental entre el comportamiento electroquímico de estos capacitores en relación al de pilas Cómo una batería y un capacitor electroquímico almacenan energía química y la convierte en energía eléctrica son diferentes. Al menos idealmente, el almacenamiento de energía electroquímica en un capacitor electroquímico ocurre localmente en una región bidimensional, en la interfase electrodo/electrolito, a través de reacciones rápido y reversible, y por lo tanto no implican cambios de densidad dentro de la electrolito o electrodo. En las baterías, el almacenamiento de energía electroquímica implica una región en el volumen tridimensional, dentro del electrolito y los electrodos, donde cambios de densidad a través de reacciones químicas reversibles pero más lentas. Por ocurren en una interfase y tienen una rápida reversibilidad, asemejándose a un almacenamiento de energía electrostática, almacenamiento de energía electroquímica en capacitores electroquímicos se llama pseudocapacitancia.

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Como hemos visto, los supercondensadores eléctricos de doble capa ofrecen buenas estabilidades cíclicas y buen desempeño energético. Los pseudocapacitivos ofrecen una alta capacitancia específica. En el caso de un sistema híbrido, ofrece una combinación de ambos, es decir, combina la fuente de alimentación electrodo de tipo batería, con una fuente de alimentación de electrodo de tipo capacitor en el misma celda. Con una combinación correcta de electrodos, es posible aumentar la potencial de celda, lo que conduce a una mejora en las densidades de energía y potencia del sistema.

La clave para que el sistema se comporte como un supercondensador, independiente del mecanismo en el que opera, consiste en la naturaleza del material utilizado como electrodo. En la literatura se reportan varios materiales que pueden ser utilizados como electrodos tales como: óxidos metálicos (RuO₂, NiO, MnO, Co₃O₄), sulfuros metálicos, materiales a base de carbono (grafeno, nanotubos Carbón, Carbón Activado, Carbón Mesoporoso) y nanocompuestos. De los materiales utilizados como electrodos, los materiales basados ​​en carbono, como el grafeno, son los más utilizados.

En la Figura 08-04 vemos una ilustración típica de un capacitor híbrido que usa como uno de los electrodos un compuesto formado por dopaje de iones de litio con grafito. Esto hace que el voltaje del supercondensador sea igual al voltaje de la batería de litio, mejorando significativamente la densidad de energía del supercondensador. La empresa EATON ya fabrica supercondensadores con una voltaje de trabajo 3,8 V, voltaje compatible con baterías de litio. Además, su temperatura de trabajo puede alcanzar el + 85° C.

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Las principales características que debe tener un electrodo, para un supercondensador de doble capa, son una alta área superficial y buena conductividad (o baja resistividad). Uno de los primeros materiales que se utilizó en los electrodos de supercondensadores fue el carbón activado y sigue siendo el más utilizado comercialmente debido a las buenas características mencionadas anteriormente. Además, tiene bajo costo en comparación con otros materiales. Veamos algunos tipos de materiales que se pueden usar como electrodos.

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El carbón activado está formado por partículas con poros que proporcionan una gran superficie y pueden alcanzar 2.500 m²/g, superficie medida por adsorción de nitrógeno. El carbón activado ha sido producido a partir de materiales carbonosos como bambú, cáscara de coco, madera, etc... La materia prima más utilizada para aplicaciones con alta área superficial es la cáscara de coco. Se piroliza calentándolo en una atmósfera inerte con una temperatura que oscila entre los 600°C hasta 900° C, produciendo carbón vegetal.

A continuación, se realiza el proceso de activación llevando este carbón vegetal a un horno de alta temperatura (600 - 1.200°C) en presencia controlada de vapor de agua u oxígeno. Como resultado, los poros se abren en las partículas cuando el carbón reacciona con oxígeno, seguido de la producción de CO₂. La mayoría de los poros de carbón activado tienen aberturas más pequeñas 2 nm, clasificándose como microporos. Sin embargo, también tienen una minoría de mesoporos con aperturas de 2 nm a 50 nm. Como el carbón activado se compone de partículas sueltas, para la fabricación de electrodos es necesario utilizar un ligante que una mecánicamente estas partículas. Para aumentar la conductividad entre partículas y la reducción de la resistencia general del electrodo se utiliza en la mezcla de partículas de negro de carbón. Después de preparar la mezcla se deposita sobre una lámina de metal, conocida como colector, que realiza la conexión eléctrica entre el electrodo y el mundo externo.

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El silicio poroso es un material obtenido a partir del silicio monocristalino, compuesto por poros que se asemejan a pozos varillas cilíndricas que se extienden perpendicularmente a la superficie del sustrato de silicio, cuya profundidad determina el espesor del capa.

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Los avances científicos y tecnológicos empleados en el estudio de los compuestos de carbono condujo al descubrimiento de una importante forma alotrópica llamada nanotubos de carbono (NTC). Fueron observados por Sumio Ijima en 1991, con la ayuda de la técnica MIT (microscopía electrónica de transmisión). Desde su descubrimiento, los nanotubos de carbono han sido objeto de intensa investigación, tanto desde el punto de vista de la ciencia básica como de las aplicaciones para el desarrollo de nuevas tecnologías.

Los nanotubos de carbono son cilindros largos formados por átomos de carbono. unido covalentemente a otros tres, formando una estructura hexagonal con hibridación sp², similar a la observada en las láminas de grafeno que componen el grafito. Desde el punto de vista estructural, hay dos tipos básicos de NTC: la pared simples, es decir, formadas al enrollar una sola lámina de grafeno (conocida como SWCNT, del inglés single-walled carbon nanotubes) y multipared, en los que se enrollan varias láminas de grafeno en forma concéntrica (conocida como MWCNT, del inglés multi-walled carbon nanotubes), que también incluye la formación de nanotubos de carbono de doble pared (DWCNT). Se forma el MWCNT por varios cilindros de grafeno enrollados a lo largo del eje central con separación capas intermedias de aproximadamente 0,34 nm, indicativo del espacio interplanar de la grafito. Figura 08.05 muestra la estructura de los nanotubos de pared simple y de pared múltiple.

Los nanotubos de carbono se pueden considerar como una sola hoja de el grafeno rodaba a lo largo de un eje característico en forma de cilindro. El eje en qué láminas se enrollan es responsable de la quiralidad de los nanotubos de carbono. Este eje se define por vectores colocados en la celda unitaria del nanotubo y el bobinado puede tener lugar en diferentes formas, dando lugar a tres posibles clasificaciones de quiralidad para los nanotubos de carbono: zigzag, sillón y quiral.

Se entiende por quiralidad a la propiedad que tiene una molécula o ion de no poder superponerse a su imagen especular por cualquier combinación de rotación, traslación o algunos cambios conformacionales.

Los nanotubos de carbono de pared simple tienen un diámetro del orden de 1 nm y ha llamado la atención de los investigadores debido a sus propiedades mecánicas y eléctrico excepcional. Pueden ser metálicos o semiconductores, tienen módulo Densidades de Young entre 640 GPa y 1 TPa, resistencia a la tracción de 150-180 GPa y conductividad térmica teórica de 6.000 W/mK.

En el campo del almacenamiento, conversión y transmisión de energía eléctrica, los nanotubos de carbono también se están utilizando ampliamente. Los nanotubos de paredes múltiples están siendo utilizado en baterías de iones de litio mezcladas con materiales de cátodo y ánodo, aumentando la conductividad eléctrica y la resistencia mecánica, lo que implica una aumento en el ciclo de vida de la batería. También se han aplicado, tanto puros y en compuestos, en materiales de electrodos para supercondensadores, incluidos dispositivos flexibles de alto rendimiento.

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El grafeno, otro de los alótropos del carbono, es una monocapa plana de átomos de carbono hibridados en sp² y dispuestos en estructura hexagonal, es decir, puede entenderse como una sola lámina de grafito separada de su estructura tridimensional. El término grafito debe usarse en referencia a un estructura de láminas de grafeno apiladas en un arreglo tridimensional.

El grafeno ha sido considerado como uno de los materiales más prometedores para electrodos en dispositivos electroquímicos. Varios trabajos en la literatura han propuesto la uso de grafeno para la fabricación de electrodos lo que sugiere que esta clase de material puede, en poco tiempo, complementar los avances tecnológicos logrados por nanotubos de carbon.

Un método de síntesis reproducible para la obtención del grafeno es mediante exfoliación mecánica. Esta técnica ha sido ampliamente utilizada, pero muchos se han realizado esfuerzos para desarrollar nuevos rutas de procesamiento que permiten la producción eficiente de grafeno en grandes cantidades escala. Actualmente, se utilizan tres métodos principales de síntesis, uno de los cuales es físico, un método químico y el tercero, por deposición química de vapor.

La ventaja de utilizar nanomateriales de carbono radica en la versatilidad que presentan en propiedades estructurales y texturales, además de la alta conductividad eléctrica, bajos valores de densidad y alta compatibilidad con otros materiales.

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Los electrolitos son líquidos iónicos que consisten en un grupo diverso de sales que se encuentran en fase líquida a temperatura ambiente. Pueden estar compuestos por una gran número de cationes y aniones con un número estimado de posibilidades del orden de 10¹⁸, lo que convierte a esta clase de compuestos en uno de los más completos conocidos en Químico. Se encuentran varios sinónimos con referencia a los líquidos iónicos, tales como sales fundidas a temperatura ambiente, sales fundidas a baja temperatura, sales orgánicos fundidos y, por lo tanto, se pueden utilizar en la investigación de información sobre estas sustancias en la literatura.Sus propiedades fisicoquímicas son muy similares a de sales fundidas a alta temperatura, pero los aspectos prácticos de manejo son suficiente para mantener el mérito de la distinción. El término líquido iónico es a menudo extendido a las sales que tienen puntos de fusión por debajo de 100 °C y permanecen líquidas en un rango de temperatura considerable. Este comportamiento es posible, ya que Los líquidos iónicos se forman por la combinación de un catión voluminoso y asimétrico. con un anión débilmente coordinante, lo que provoca una reducción en la interacción entre ellos y en la energía de la red de sal.

Estos electrolitos tienen un conjunto de características muy interesantes, como buena estabilidad química y térmica, presión de vapor insignificantes, de alta densidad, son líquidos en un amplio rango de temperatura, inflamabilidad insignificante, baja toxicidad, alta conductividad iónica y amplia ventana electroquímica potencial. Sin embargo, el conocimiento sobre su propiedades físicas y químicas es todavía limitada y el gran número de diferentes combinaciones de cationes y aniones intensifica aún más el problema.

Debemos tener un electrolito que sea químicamente inerte para no atacar químicamente al materiales supercondensadores, lo que permite una larga vida útil y estabilidad a los parámetros eléctricos del supercondensador. El electrolito también debe tener una baja viscosidad para permitirle los iones penetran en los poros del electrodo.

Dado que la energía contenida en los capacitores aumenta con el cuadrado del potencial, los investigadores están buscando una manera de aumentar el valor del potencial de ruptura de el electrólito.

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El separador eléctrico, es decir, la membrana de separación eléctrica, proporciona una separación física entre electrodos para evitar cortocircuitos por contacto directo entre ellos mismos. Debe ser muy fino, del orden de unas milésimas de milímetro y, naturalmente, debe tener una gran porosidad para permitir el paso fácil de iones solvatados y así reducir la resistencia en serie equivalente. Los separadores eléctricos también deben ser químicamente inerte para preservar la estabilidad de los electrodos y la condición de conductividad. Para reducir los costos del proceso de fabricación, el papel se utiliza como separador eléctrico en algunos modelos de supercondensadores.

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    8.1   Capacitancia en uno Supercondensador

Los supercondensadores tienen su capacitancia dada por eq. 08-01.

Onde as variáveis são:

Así, la llamada capacitancia específica de un supercondensador, que se define como la capacitancia por unidad de área o volumen, es cientos de miles de veces mayor que la capacitancia específica de los capacitores electrostáticos y electrolitos. Esto se debe a la separación existente entre las cargas en el supercondensador, que es del orden de décimas de nanómetro.

Para calcular la capacitancia, es posible otro enfoque sabiendo que depende de la carga y el voltaje en el capacitor. Por lo tanto, la eq. 08-02 presenta esta relación.

Esta ecuación expresa el valor de la capacitancia conociendo la corriente de carga del capacitor y el tiempo transcurrido hasta que el voltaje a través del capacitor cambie ΔV.

Por otro lado, sabemos que el material utilizado en los electrodos debe tener una alta porosidad, formada por microporos, como si fuera un material esponjoso, ya que esta característica proporciona una alta área superficial específica, lo que permite alcanzar una alta capacitancia específica. Como vimos anteriormente, el carbón activado y el grafeno son los materiales más utilizados en fabricación de supercondensadores. Por lo tanto, podemos concluir que si queremos un supercondensador con alta densidad de energía, usamos material que tenga pequeños microporos. En caso contrario, es decir, queremos alta densidad de potencia, por lo que optamos por materiales que tengan microporos más grandes, ya que esto reduce la resistencia en serie equivalente del supercondensador.

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    8.2   Densidad de la Potencia

El parámetro limitante de la potencia que un supercondensador puede entregar a un circuito es la resistencia en serie equivalente. Podemos calcular cuál es esta potencia usando el Teorema de la Máxima Transferencia de Potencia (recuerde este teorema   Aquí ). Aplicando el teorema calculamos que la máxima potencia entregada viene dada por eq. 08-03.

En el mercado electrónico encontramos supercondensadores 220 F que tienen una resistencia interna de 40 miliohmios y una tensión de ruptura de 2,7 V. En este caso, usando eq. 08-03, calculamos que la potencia máxima que el supercondensador puede entregar al circuito es 45,5 W.

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    8.3   Característica de Carga y Descarga en uno

Los supercondensadores de doble capa, cuando están bajo la acción de una descarga, presentan una caída de tensión continua de forma lineal. Esto puede conducir a algunos problemas en algunas aplicaciones. Supongamos un dispositivo que necesita un voltaje estable para funcionar correctamente. Un supercondensador de doble capa no cumple con esta especificación. En este caso sería necesario utilizar un convertidor DC-DC. Un convertidor DC-DC es un dispositivo que permite variar el voltaje de entrada dentro de ciertos límites y mantiene estable el voltaje de salida.

En el caso de una batería de iones de litio, tiene la capacidad de mantener un voltaje estable en su salida bajo diferentes niveles de consumo de los equipos que está alimentando. Este diferencial beneficia el uso de este tipo de baterías en detrimento del supercondensadores. Para aclarar esta característica, la Figura 08-06 ilustra el comportamiento de un supercondensador de doble capa y baterías de litio cuando están bajo carga.

Observe cómo la batería de iones de litio mantiene un voltaje casi constante mientras suministra energía al dispositivo. Cuando se agota la energía, el voltaje cae bruscamente. En este caso, es necesario recargar la batería.

Sin embargo, esta realidad es un poco diferente cuando se trata de supercondensadores híbridos. Como los supercondensadores híbridos son una mezcla del supercondensador de doble capa y el supercondensador electroquímico, tiene la capacidad de mantener un voltaje estable durante un tiempo determinado mientras alimenta el circuito. Similar a las baterías de iones de litio. La Figura 08-07 ilustra este comportamiento.

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Después de todo lo visto hasta ahora, vamos a estudiar cómo podemos aplicar todas las ventajas que ofrece el supercondensador. Debemos tener en cuenta que la mejor característica del supercondensador es la densidad de potencia, además de su alta capacidad para almacenar energía. Por lo tanto, varias tecnologías pueden aprovechar estas excelentes características. Estudiemos algunos de ellos.

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    9.1   Desarrollo de Coches Eléctricos

No es nuevo que exista el deseo de desarrollar una tecnología satisfactoria para que los automóviles puedan tener un motor eléctrico como fuerza motriz. La fuente de energía de los motores eléctricos es limpia e inagotable, a diferencia de los combustibles fósiles, que tienen fecha de caducidad. Además, existe una gran expectativa de que los combustibles fósiles alcancen un precio desorbitado cuando estén cerca de su agotamiento.

La respuesta a este dilema está precisamente en la tecnología. La posibilidad de producir electricidad a un costo cada vez menor, limpio y renovable, tiene un potencial fantástico para reducir el costo de combustible de un vehículo. También existe una ventaja por la eficiencia que tiene el coche eléctrico en la transformación de la energía eléctrica en energía mecánica. Prácticamente toda la energía disponible se convierte en potencia mecánica.

Para poder fabricar coches eléctricos con la misma capacidad y autonomía que los coches de combustible fósil, las empresas están probando varios enfoques en este momento de transición. Hoy en día, utilizando motores eléctricos, existen cuatro tipos de automóviles que podemos describir:

Con el desarrollo de los supercondensadores se suma el quinto modelo de coche eléctrico: el coche eléctrico con supercondensadores. La gran ventaja de utilizar supercondensadores es su excelente densidad de potencia, una característica muy importante a la hora de arrancar un vehículo cuando se necesita mucha potencia para acelerarlo.

En la Figura 08-09 vemos un prototipo de coche eléctrico utilizando únicamente supercondensadores idealizado en la tesis doctoral en la Universidad de Tokio, en 2008. Se utilizó un supercondensador de 1.000 F que permitió utilizar el vehículo durante 20 minutos alcanzando una velocidad de 50 Km/h . Lo más interesante es el tiempo de recarga del supercondensador, que necesita tan solo 20 segundos para adquirir una carga completa.

Muchos fabricantes de automóviles están adoptando el uso de supercondensadores, no solo para el arranque, sino también para distribuir varios supercondensadores por toda la carrocería del automóvil para satisfacer las necesidades de los faros, intermitentes, radios, etc.

Uno de estos fabricantes es Lamborghini que lanzó su modelo Sian, como podemos ver en la Figura 08-10. Este es un modelo híbrido, sin embargo no utiliza ningún tipo de batería. Solo supercondensadores. Y la tendencia, según la compañía, es sustituir las baterías por supercondensadores en todos sus modelos en un corto periodo de tiempo.

Por lo tanto, se espera que con el avance en la tecnología de fabricación de supercondensadores, en un futuro cercano podamos reemplazar las baterías utilizadas en automóviles y otros tipos de vehículos, por supercondensadores.

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