Suponen una interesante alternativa a las baterías recargables
Los condensadores híbridos combinan lo mejor de los supercondensadores y la tecnología de ion-litio
A pesar de la elevada capacidad, la excelente densidad de potencia y la impresionante eficiencia, los EDLC tienen algunas propiedades que desaconsejan su integración en determinadas aplicaciones.
Por ejemplo, muchos dispositivos poseen una característica denominada auto-descarga, que implica que si no descarga tras un periodo corto de tiempo, la energía almacenada se pierde. El efecto es particularmente notable con temperaturas elevadas. Así pues, tanto la corriente de fuga como la ESR (Equivalent Series Resistance – Resistencia Serie Equivalente) pueden excluir a los EDLC de ciertas aplicaciones.
La alternativa, una batería secundaria de ion-litio (Li-ion), proporciona mayor densidad de energía con menor auto-descarga, pero se agota tras un número de ciclos de carga / descarga. También es víctima de problemas de seguridad, como desbordamiento térmico - thermal runaway, que pueden ser catastróficos.
Existe otro tipo de dispositivo en el mercado que puede combinar las mejores características de EDLC y baterías de ion-litio. Conocidos como condensadores Li-ion o condensadores híbridos, representan una mezcla de las dos tecnologías. En tanto que los EDLC sustentan la energía mediante una carga electrostática y las baterías Li-ion emplean un método electroquímico, los modelos híbridos usan un electrodo electrostático y otro electroquímico. El resultado es un dispositivo con mayor densidad de energía que los EDLC, sin la función de auto-descarga, y mayor durabilidad (más ciclos de carga / descarga) que una batería Li-ion, sin el riesgo potencial de desbordamiento térmico.
La estructura de un condensador Li-ion o condensador híbrido.
En el interior de un condensador híbrido, el electrodo positivo está realizado en carbón activado, que se sumerge en un electrolito líquido (similar a la solución salina Li-ion usada en baterías) junto con el electrodo negativo, hecho con un material de carbón dopado con iones de litio. Un separador evita el contacto eléctrico directo. Al dopar previamente el electrodo negativo con iones de litio se reduce su potencial eléctrico y, por lo tanto, se puede obtener una mayor tensión de salida (hasta unos 3.8 V) sin el electrodo positivo. Como la densidad de energía es proporcional al cuadrado de esta tensión, los condensadores Li-ion son varias veces más densos que los EDLC similares. Lo que esto quiere decir es que se puede almacenar la misma cantidad de energía en un condensador Li-ion mucho más compacto que un EDLC equivalente, contribuyendo así a satisfacer las necesidades de aplicaciones con restricciones de espacio. El dopado previo también ayuda a estabilizar el potencial del electrodo, con mínima auto-descarga (como se observa en el siguiente gráfico).
A diferencia de los EDLC, los condensadores Li-ion no padecen una auto-descarga propia significativa.
En comparación con una batería Li-ion, en la que los iones se insertan o extraen (intercalados o no) en un entramado de carbón, los iones del condensador Li-ion simplemente se absorben o expulsan en la superficie del electrodo y, por consiguiente, no se produce un cambio de cristalino. Esto dota a los condensadores híbridos de una gran ventaja con respecto a las baterías en cuanto al número de ciclos de carga / descarga que pueden soportar, similar al de los EDLC. Los condensadores Li-ion tampoco contienen oxígeno ni óxidos, por lo que no son propensos a sufrir condiciones de desbordamiento térmico. A continuación, se muestra una tabla comparativa entre las tecnologías.
Comparación de las propiedades de EDLC, condensadores Li-ion y baterías Li-ion (LIB).
Como ejemplo de algunos dispositivos del mundo real, Avnet Abacus suministra condensadores Li-ion de Taiyo Yuden entre 40 y 270F (de 17.77 a 120 mAh) con una ESR de sólo 0.05 Ω. Estos modelos se presentan en una cubierta metálica cilíndrica (el miembro más diminuto de la serie mide 35 x 12.5 mm). El rango de temperatura operativa se sitúa entre -25 y +70 °C, pero se puede ampliar a +85 °C, reduciendo la tensión operativa de 3.8 a 3.5 V. El fabricante se encuentra en fase de desarrollo de unidades de gran capacitancia para poder cubrir el rango de 500 a 1000F (entre 222 y 1420 mAh).
Las diferentes propiedades de EDLC, baterías Li-ion y condensadores Li-ion permiten adaptar cada tecnología a varias aplicaciones. Los condensadores híbridos resultan ideales en proyectos que demandan elevada densidad de energía, alta densidad de potencia, baja fuga, durabilidad y seguridad, así como en cualquier lugar donde la temperatura operativa sea demasiado elevada para usar eficientemente los EDLC. Aquí se incluyen fuentes de alimentación de backup para memoria y otros IC, dispositivos de alimentación auxiliar para disminuir el consumo en, por ejemplo, tambores de fotocopiadoras y proyectores, y electrónica de automoción (sujeta a temperaturas extremas).
Una nueva área de aplicación importante para los condensadores híbridos se encuentra en fuentes de alimentación para dispositivos de acumulación de energía, que tienen que ser recargables y ligeros (sin función de auto-descarga). Pueden almacenar la energía generada y producida de forma rápida cuando se requiere una transmisión inalámbrica. Y, al no agotarse, se eliminan los costes de mantenimiento asociados al cambio de pilas de botón. Por lo tanto, esperamos ver nuevos tipos de aplicaciones de acumulación de energía como consecuencia directa de esta tecnología fascinante.
Si está interesado en obtener mayor información de esta tecnología de condenadores Li-ion, siga mi consejo: contacte con su especialista local o visite el apartado “Pregunte al Experto” del blog de Avnet Abacus.
