Il condensatore è un componente che immagazzina carica elettrica. Il principio di accumulo di energia del condensatore generale e dell'ultracondensatore (EDLC) è lo stesso: entrambi immagazzinano carica sotto forma di campo elettrostatico, ma il supercondensatore è più adatto al rilascio e all'accumulo rapido di energia, in particolare per il controllo di precisione dell'energia e per dispositivi a carico istantaneo.
Di seguito analizzeremo i principali condensatori convenzionali, i supercondensatori.
| Elementi di confronto | Condensatore convenzionale | Supercondensatore |
| Panoramica | Un condensatore convenzionale è un dielettrico ad accumulo di carica statica, che può avere una carica permanente ed è ampiamente utilizzato. È un componente elettronico indispensabile nel campo dell'elettronica di potenza. | Il supercondensatore, noto anche come condensatore elettrochimico, condensatore a doppio strato, condensatore d'oro, condensatore di Faraday, è un elemento elettrochimico sviluppato tra gli anni '70 e '80 per immagazzinare energia polarizzando l'elettrolita. |
| Costruzione | Un condensatore convenzionale è costituito da due conduttori metallici (elettrodi) posti uno accanto all'altro in parallelo ma non a contatto, con un dielettrico isolante in mezzo. | Un supercondensatore è costituito da un elettrodo, un elettrolita (contenente sale elettrolitico) e un separatore (che impedisce il contatto tra gli elettrodi positivo e negativo). Gli elettrodi sono rivestiti con carbone attivo, la cui superficie presenta minuscoli pori che ne ampliano la superficie e consentono di risparmiare più elettricità. |
| Materiali dielettrici | Come dielettrici tra gli elettrodi nei condensatori vengono utilizzati ossido di alluminio, pellicole polimeriche o ceramiche. | Un supercondensatore non ha un dielettrico. Utilizza invece un doppio strato elettrico formato da un solido (elettrodo) e un liquido (elettrolita) all'interfaccia, anziché un dielettrico. |
| Principio di funzionamento | Il principio di funzionamento del condensatore è che la carica viene spostata dalla forza del campo elettrico; quando tra i conduttori è presente un dielettrico, questo ostacola il movimento della carica e fa sì che la carica si accumuli sul conduttore, con conseguente accumulo di carica. | I supercondensatori, d'altro canto, realizzano un accumulo di energia tramite carica a doppio strato polarizzando l'elettrolita e tramite cariche pseudo-capacitive redox. Il processo di accumulo di energia dei supercondensatori è reversibile e non richiede reazioni chimiche, pertanto possono essere caricati e scaricati ripetutamente centinaia di migliaia di volte. |
| Capacità | Capacità inferiore. La capacità generale varia da pochi pF a diverse migliaia di μF. | Maggiore capacità. La capacità di un supercondensatore è così elevata che può essere utilizzato come una batteria. La capacità di un supercondensatore dipende dalla distanza tra gli elettrodi e dalla loro superficie. Pertanto, gli elettrodi sono rivestiti con carbone attivo per aumentarne la superficie e ottenere un'elevata capacità. |
| Densità energetica | Basso | Alto |
| Energia specifica | <0,1 Wh/kg | 1-10 Wh/kg |
| Potenza specifica | 100.000+ Wh/kg | 10.000+ Wh/kg |
| Tempo di carica/scarica | I tempi di carica e scarica dei condensatori convenzionali sono in genere di 103-106 secondi. | Gli ultracondensatori possono erogare la carica più velocemente delle batterie, fino a 10 secondi, e immagazzinare più carica per unità di volume rispetto ai condensatori convenzionali. Per questo motivo, vengono considerati tra le batterie e i condensatori elettrolitici. |
| Ciclo di carica/scarica | Più corto | Più lungo (generalmente 100.000 +, fino a 1 milione di cicli, più di 10 anni di applicazione) |
| Efficienza di carica/scarica | >95% | 85%-98% |
| Temperatura di esercizio | da -20 a 70℃ | da -40 a 70℃ (Migliori caratteristiche di temperatura ultra-bassa e intervallo di temperatura più ampio) |
| Tensione nominale | Più alto | Inferiore (tipicamente 2,5 V) |
| Costo | Inferiore | Più alto |
| Vantaggio | Meno perdite Alta densità di integrazione Controllo della potenza attiva e reattiva | Lunga durata di vita Capacità ultra elevata Tempo di carica e scarica rapido Corrente di carico elevata Intervallo di temperatura di esercizio più ampio |
| Applicazione | ▶Alimentazione di potenza in uscita uniforme; ▶Correzione del fattore di potenza (PFC); ▶Filtri di frequenza, passa-alto, passa-basso; ▶Accoppiamento e disaccoppiamento del segnale; ▶Avviatori motore; ▶Buffer (protezioni contro le sovratensioni e filtri antirumore); ▶Oscillatori. | ▶Nuovi veicoli energetici, ferrovie e altre applicazioni di trasporto; ▶Gruppo di continuità (UPS), in sostituzione delle batterie di condensatori elettrolitici; ▶Alimentazione per telefoni cellulari, computer portatili, dispositivi palmari, ecc.; ▶Avvitatori elettrici ricaricabili che possono essere caricati completamente in pochi minuti; ▶Sistemi di illuminazione di emergenza e dispositivi a impulsi elettrici ad alta potenza; ▶Circuiti integrati, RAM, CMOS, orologi e microcomputer, ecc. |
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Data di pubblicazione: 22-12-2021