O capacitor é um dispositivo que acumula cargas elétricas sempre que uma diferença de potencial se estabelece entre os terminais. A principal aplicação dos capacitores é, portanto, o armazenamento de cargas elétricas.
É um equipamento que, em geral, é produzido de modo simples, com duas placas condutoras paralelas (armaduras), as quais podem ser ou não preenchidas com um meio isolante (também chamado de dielétrico).
Existem diferentes tipos de capacitores, como os supercapacitores. Leia o post que preparamos especialmente para você e saiba mais sobre o que é supercapacitor, como ele funciona, quais são as suas aplicações!
O que é supercapacitor?
O supercapacitor é um dispositivo eletrônico que armazena grandes quantidades de cargas elétricas. É chamado também de “ultracapacitor” ou “capacitor de camada dupla”.
Em vez de utilizar um dielétrico comum, o supercapacitor aplica dois mecanismos para armazenar a energia. Uma é a pseudocapacitância e a outra é capacitância de dupla camada.
A pseudocapacitância é de natureza eletroquímica, ou seja, há o funcionamento de capacitores comuns com bateria comum.
Já a capacitância de dupla camada tem natureza eletrostática, ou seja, aproveita as cargas elétricas em repouso, baseando-se nos princípios de atração/repulsão das cargas e de conservação das cargas.
Quais são os materiais usados na fabricação de supercapacitores?
Com a finalidade de armazenar cargas elétricas, o supercapacitor utiliza materiais porosos com a função de separadores. Nos supercapacitores atuais, o carvão ativado é um dos materiais mais aplicados.
O carbono não é um isolante de boa qualidade. Consequentemente, a tensão operacional máxima fica restrita a menos de três volts.
Existe outra razão para que o carvão ativado não seja o melhor material.
Os transportadores de carga se comparam, em dimensões, aos poros que existem no material, sendo que alguns não conseguem se encaixar em poros de menores dimensões, o que diminui a capacidade de armazenamento.
O grafeno, por outro lado, é um bom material para usar na produção de supercapacitores. O grafeno é formado por carbono puro e tem somente um átomo de espessura. Ele é muito poroso, funcionando como uma “esponja” de íons.
Os supercapacitores que têm grafeno em sua composição alcançam densidades de energia equivalentes às densidades identificadas em baterias.
Um obstáculo é que o grafeno custa caro e é difícil de produzir em altas quantidades, no nível de indústrias. Ainda assim, o grafeno continua como o material mais promissor para ser utilizado em tecnologias mais desenvolvidas de supercapacitores.
Quais são as aplicações dos supercapacitores?
Existe uma grande variedade de aplicações para os supercapacitores, sendo uma delas o armazenamento de energia no KERS (Sistema de Recuperação de Energia Cinética) em indústrias automotivas.
Um dos principais problemas nesse tipo de sistema é construir um dispositivo com potencial para armazenar, em pouco tempo, muita energia.
Uma maneira de trabalhar nesse sentido é utilizar um gerador que transforma energia cinética em elétrica e armazenar em um supercapacitor. É uma energia que pode ser aproveitada depois como fonte para a aceleração.
As aplicações de consumo baixo também exemplificam as aplicações dos supercapacitores. Nessas situações, não é obrigatório o uso de uma capacidade elevada, mas é importante uma rápida recarga ou um ciclo alto de vida. É o que acontece, por exemplo, de:
- MP3 players;
- flashes fotográficos;
- SRAM (memórias estáticas), que necessitam de fonte constante de tensão de baixa potência para manter dados.
Já é possível também projetar aplicações futuras de supercapacitores em notebooks, smartphones, veículos elétricos e os outros equipamentos que atuam como baterias.
A taxa rápida de recarga é uma grande vantagem. Afinal, nessas condições, é possível recarregar completamente a bateria de um carro em poucos minutos depois de conectá-lo a um carregador.
Quais são as diferenças entre um capacitor comum e um supercapacitor?
O supercapacitor apresenta densidade de energia bem mais elevada que a densidade de um capacitor comum. Ele usa duas camadas de material mau condutor de eletricidade separadas por uma superfície isolante bastante fina.
Já o capacitor comum utiliza uma camada única de material dielétrico. Outra diferença é que um capacitor comum tende a custar bem menos que um supercapacitor. Então podemos destacar as seguintes diferenças:
- os supercapacitores têm densidade de energia mais alta que a dos capacitores convencionais;
- os supercapacitores têm superfície isolante para separar duas camadas de material dielétrico enquanto os capacitores só têm uma camada de material dielétrico;
- os capacitores comuns são, geralmente, mais baratos.
Quais são as vantagens do supercapacitor?
Quando comparamos os supercapacitores com as baterias, é possível identificar algumas vantagens que vale a pena descrever. Vamos considerar quais são elas:
Tempo de carga
O supercapacitor carrega bem mais rápido que uma bateria. Ainda que comparemos grandes supercapacitores com baterias pequenas, existe uma grande diferença, se levarmos em conta o período necessário para carga.
O tempo de carga pode até tornar inviável o uso de baterias nos projetos.
Vida útil
A dinâmica dos supercapacitores em relação ao carregamento/descarregamento é muito mais simples que a dinâmica das baterias.
Dessa forma, eles oferecem mais estabilidade e durabilidade referentes ao tempo e aos ciclos de carga/descarga.
O prazo de vida útil de um supercapacitor, na prática, assemelha-se ao de um capacitor convencional. Em um projeto bom, a durabilidade pode ultrapassar 10 anos.
É uma durabilidade muito boa quando comparamos com a durabilidade de uma bateria recarregável, cuja vida útil pode chegar a três anos, conforme o tipo e a quantidade de ciclos de carregamento.
Ainda que não aparente ser uma diferença relevante, a vida útil dos supercapacitores é muito mais alta quando fazemos a comparação em ciclos de carga/descarga.
Potência específica
Nesse caso, temos uma grande diferença. A energia que um capacitor armazena pode ser disponibilizada em taxas muito elevadas, o que significa alta potência — mesmo durante períodos curtos de tempo.
Nesse sentido, podemos comparar a bateria com uma garrafa, cujo bocal restringe o fluxo, e o supercapacitor com um balde, com baixa limitação no fluxo. Assim, a excelente disponibilidade da energia é favorável a aplicações como:
- equipamentos que devem produzir, em pouco tempo, aquecimento, força magnética ou faíscas;
- equipamentos que exigem corrente elevada apenas em situações específicas, como partida/saída (nesse caso, recomenda-se utilizar o supercapacitor juntamente com bateria e/ou alimentação da rede).
Falamos, ao longo do texto, a respeito das principais características do supercapacitor e como ele se diferencia do capacitor comum, além de descrevermos suas principais aplicações.
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FAQ
Para que serve um supercapacitor?
O supercapacitor é um dispositivo eletrônico cuja função básica é armazenar grandes quantidades de cargas elétricas. Tem uma superfície isolante muito fina para separar duas camadas de material dielétrico.
