Los supercondensadores

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Los supercondensadores, una tecnología
para tener en cuenta
Julio,2014.-
IDTechEx, empresa dedicada a la investigación de mercados y enfocada a nuevas
tecnologías, ha publicado un interesante estudio comparando la viabilidad de las baterías de
ion litio y la incipiente mejora de los supercondensadores.
Según el estudio “Supercapacitors can destroy the lithium-ion market” (Los
supercondensadores pueden destruir el mercado de baterías de ion litio) los avances en
supercondensadores durante los últimos años se han sucedido mucho más rápido que en el
campo de las baterías de ion litio, lo que podría poner en jaque el mercado de estás ultimas.
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La principal diferencia entre baterías y supercondensadores es que los supercondesadores
son acumuladores físicos, no químicos como las baterías, y su sistema de almacenaje se
basa en la separación de cargas. Las cargas se desplazan mucho más rápido que los iones
(de litio, por ejemplo) y pueden por ello ofrecer mucha más potencia y cargarse tan solo en
segundos.
Por su fiabilidad, duración y potencia los supercondesadores o supercapacitadores son
preferidos a las baterías de ion litio, pero aunque estas últimas tengan muchos más puntos
débiles su capacidad de almacenar energía 20 o 30 veces hacen que su mercado sea mucho
mayor.
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Sin embargo IDTechEx calcula que para 2024 el mercado de supercondensadores alcanzará
los 6.500 millones de dólares, superando al de las baterías. Esta predicción tan arriesgada se
fundamenta en los últimos logros en supercondensadores, que en algunos casos han
demostrado capacidades de 35 Wh/kg. Aunque no parezca mucho Nanotune Technologies
asegura que alcanzará los 500 Wh/kg en los próximos años, doblando la densidad
energética de las actuales baterías de ion litio.
Pero no se trata solo de Nanotune, Maxwell Technologies, un gigante del sector de
condensadores, espera triplicar muy pronto la densidad energética de sus productos y los
fabricantes de condensadores basados en grafeno apuntan a los 200 Wh/kg.
En cualquier caso los expertos creen que los condensadores no tienen que llegar a igualar
en capacidad a las baterías de ion litio para hacerse con un buen trozo del mercado de
baterías. Gracias a otras ventajas, como duración, potencia y seguridad, ya se ha hecho
con un 1% de este mercado teniendo tan solo una centésima parte de esa densidad
energética.
Dr. Peter Harrop, coautor del estudio, pronostica que una mejora desde los 7 Wh/kg
actuales a 40 Wh/kg podría multiplicar por 10 la participación de esta tecnología en el
mercado, incluso teniendo en cuenta futuras mejoras en el rendimiento de las baterías de
ion litio. Alcanzar la cifra de 100 Wh/kg igualaría la lucha entre las dos tecnologías.
Fuente | Electrochemical Double Layer Capacitors: Supercapacitors 2014-202
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Description This broad-ranging report on supercapacitors and supercabatteries has up to
date ten year forecasts and analysis of market, applications, technology, patent and profit
trends and the manufacturers and researchers involved. 55% of the manufacturers and
intending manufacturers of supercapacitors/supercabatteries (EDLC, AEDLC) are in East
Asia, 28% are in North America but Europe is fast asleep at only 7%. Yet, being used for
an increasing number of purposes in electric vehicles, mobile phones, energy harvesting,
renewable energy and other products of the future, this market is roaring up to over $11
billion in ten years with considerable upside potential.
This report concerns Electrochemical Double Layer Capacitors (EDLCs). For brevity, we
mainly use the second most popular word for them - supercapacitors. The third most
popular term for them - ultracapacitors - is often used in heavy electrical applications.
Included in the discussion and forecasts are so-called Asymmetric Electrochemical Double
Layer Capacitors (AEDLCs) better known as supercabatteries. The report also features
patent trends of supercapacitor technologies. This data is taken from a report covering more
details about the patent landscape for batteries; for full details of that report please go to
www.IDTechEx.com/patent External Link. Supercapacitors are a curiously neglected
aspect of electronics and electrical engineering with a multi-billion dollar market rapidly
emerging. For example, for land, water and airborne electric vehicles, there are about 200
serious traction motor manufacturers and 110 serious traction battery suppliers compared to
just a few supercapacitor manufacturers. In all, there are no more than 66 significant
supercapacitor manufacturers with most concentrating on the easier small ones for
consumer electronics such as power backup.
However, in a repetition of the situation with rechargeable batteries, the largest part of the
market has just become the heavy end, notably for electric and conventional vehicles.
Supercapacitors and supercabatteries mainly have properties intermediate between those of
batteries and traditional capacitors but they are being improved more rapidly than either.
That includes improvement in cost and results in them not just being used to enhance
batteries but even replacing batteries and capacitors in an increasing number of applications
from renewable energy down to microscopic electronics. For example, your mobile phone
may have better sound and flash that works at ten times the distance because a
supercapacitor has taken over these functions from conventional capacitors. Global
supercapacitor market $US billion % when used for electronics vs electrical engineering
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Source: IDTechEx Supercapacitors are replacing batteries where such properties as
excellent low temperature performance, calendar and cycle life, fast charge-discharge and
reliability are more dominant issues than size and weight
Fibra de grafeno y nanotubos.
Supercondensadores que rivalizan con el litio
Un equipo de investigación presenta una fibra con capacidad para almacenar energía que
compatibiliza con las baterías de ion litio de capa fina, un tipo de microbaterías usadas en
pequeños aparatos electrónicos. Se trata de supercondensadores basado en grafeno y
nanotubos de carbono.
La versatilidad de las fibras-supercondensadores y sus mejoradas propiedades dan alas a la
visión de Volvo de una carrocería que actúa como batería del coche y nos permite imaginar
un coche eléctrico a baterías, pero sin batería.
El trepidante ritmo de la sociedad actual no puede esperar a que una batería se recargue
para poder avanzar. Móviles, ordenadores y coches eléctricos, pendientes de un cable
durante horas atan a los propios dueños a vivir alrededor de un enchufe. Es por ello que los
supercondensadores son una prometedora alternativa a la lenta carga de las baterías de ion
litio.
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Los supercondesadores son acumuladores físicos, no químicos como las baterías, y su
sistema de almacenaje se basa en la separación de cargas. Las cargas se desplazan mucho
más rápido que los iones (de litio, por ejemplo) y pueden por ello ofrecer mucha más
potencia y cargarse en tan solo segundos. Sin embargo su capacidad de almacenar energía
depende de la superficie de contacto entre dos capas, el aislante y el electrodo, lo que les
pone en desventaja frente a las baterías electroquímicas que hacen uso de todo el volumen
del electrodo.
El multifacético y prometedor grafeno, con su gran relación superficie/volumen (2.630
m2/g), fue candidato a formar los mejores supercondensadores jamas fabricados desde el
día en que se despegó de la cinta Scotch, y aunque no ha salido un supercapacitador
comercial basado en este, no dejan de aparecer propuestas. Combinar grafeno con
nanotubos tampoco es nuevo, pero la ultimaresulta especialmente interesante por lo versátil
del producto. Construir una fibra de grafeno y nanotubos de carbono con cualidades de
supercapacitador, de modo que se puedan tejer estructuras con capacidad de almacenar
energía.
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La fibra llega a superar los 50 metros de largo y podría usarse para ropa, paneles
plastificados o incluso sustituir cableado. Esta diversidad abre la puerta a grandes avances
en implantes médicos, prendas inteligentes y tal vez para coches eléctricos. El trabajo ha
sido publicado en Nature Nanotechnology con el título “Scalable synthesis of hierarchically
structured carbon nanotube–graphene fibres for capacitive energy storage”
(Fabricación escalable de fibras de nanotubos de carbono y grafeno jerarquicamente
estructuradas para almacenamiento energético por capacitancia), y propone el uso de los
nanotubos de carbono para mantener la estructura del grafeno estable y extendida.
El procesado es aparentemente sencillo, con un solo paso de hilado desde una mezcla que
contiene un compuesto orgánico que se usa para formar fibras. Todo ello a bajas
temperaturas y sin necesitar de grandes equipamientos. Y el resultado es una fibra con una
superficie elevada (396 m2/g), buena conductividad (102 S/cm) y una capacidad
comparable a las baterías de ion litio de película delgada.
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Aunque este tipo de baterías solo encuentra aplicaciones en pequeños aparatos eléctricos y
una vez dijimos que las microbaterías no son para los coches eléctricos, este caso podría ser
diferente. Para empezar no son baterías, son supercondensadores, más fiables y que pueden
superar los 10.000 ciclos. Además su procesado es sencillo y las materias primas son
mucho más baratas que las de las baterías de ion litio.
Hace unos meses veíamos la demostración de Volvo para usar la carrocería del coche como
batería auxiliar del vehículo, montando paneles formados por fibra de carbono y resina de
polímero que permite almacenar energía como un supercondensador. Con estos avances
podemos imaginar más allá, que la carrocería sea la batería principal de los vehículos
eléctricos.
Fuente:
http://www.nature.com/nnano/index.html