Los supercondensadores híbridos ofrecen una alternativa de almacenamiento de energía

La batería recargable y el supercondensador tienen ventajas y desventajas relativas, pero El diseño híbrido que fusiona ambas tecnologías en una sola estructura puede superar muchas de las limitaciones de cada una.

El condensador eléctrico de doble capa (EDLC), más a menudo llamado "supercondensador" y, a veces, "ultracondensador", es un componente pasivo de almacenamiento de energía asombroso. Como resultado de su alta capacitancia de múltiples faradios y su pequeño tamaño, proporciona almacenamiento de energía de alta densidad tanto por volumen como por peso. En algunas aplicaciones de sensores remotos, IoT y de recolección de energía, las supercaps son una alternativa a las baterías recargables; en otras situaciones, se utilizan junto con baterías para superar algunas de las debilidades de esos componentes de almacenamiento de energía de base electroquímica. No es que uno sea intrínsecamente mejor que el otro; en cambio, los supercaps y las baterías recargables (independientemente de la química) tienen sus puntos fuertes y débiles relativos. Las prioridades de la aplicación determinan cuál tiene más sentido, o ambas son necesarias en algún tipo de arreglo en tándem.

Existe otra alternativa interesante para elegir solo uno o incluso ambos como dos componentes discretos:el supercondensador híbrido. Este dispositivo de almacenamiento de energía no es solo un empaque conjunto obvio de una batería recargable y una supercapa. En cambio, utiliza una construcción única en la que el conjunto único es una supercapa y una batería de iones de litio al mismo tiempo, Figura 1 (consulte las Referencias para obtener más detalles).

Figura 1:Esta vista de nivel superior de la estructura del supercondensador híbrido muestra que no es un supercapacitador y una batería que comparten un solo paquete de dos terminales. (Fuente de la imagen:Taiyo Yuden)

Entre los proveedores de estos supercapacitores híbridos se encuentran Taiyo Yuden (la compañía los llama supercondensadores de iones de litio, lo que es técnicamente bastante correcto), Eaton y Maxwell Technologies, Inc. (ahora parte de Tesla).

Hay muchas tablas publicadas que proporcionan comparaciones entre supercaps estándar y baterías recargables de iones de litio (tabla 1). Tenga en cuenta que cada recurso y proveedor tiene una perspectiva diferente, como era de esperar, y la tecnología en sí está evolucionando a un ritmo rápido.

Tabla 1:Esto compara las características de nivel superior de los supercondensadores con las baterías recargables de iones de litio; cada uno puede tener un conjunto diferente de entradas dependiendo de la fuente de información y el momento. (Fuente de la imagen:Maxwell Technologies, Inc., a través de Battery University)

A pesar de las aparentes virtudes de estas supercapacidades híbridas, siempre he tenido sentimientos encontrados acerca de los dispositivos y estructuras híbridos en general. Por un lado, la combinación de dos tecnologías o materiales a menudo nos permite retener los mejores aspectos de cada uno mientras superamos algunas debilidades. Esto no se aplica solo a la electrónica:piense en el hormigón reforzado con barras o los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) utilizados como revestimiento de la última generación de cuerpos y apéndices de aviones.

Al mismo tiempo, estas combinaciones a veces tienen nuevas deficiencias. Por ejemplo, los equipos de prueba multifunción pueden tener especificaciones reducidas o algunos límites de flexibilidad en comparación con las unidades optimizadas de un solo propósito. La conocida "navaja suiza" es un ejemplo no eléctrico:cada una de sus herramientas individuales puede estar "suficientemente bien", pero definitivamente no es tan buena como una herramienta dedicada; No obstante, la combinación y el empaque general de hoja / accesorio aporta beneficios en tamaño, peso y costo.

En el caso de las supercapsulantes híbridas, también existe un problema de gestión. Las baterías recargables de iones de litio tienen sus necesidades específicas con respecto a la supervisión de las tasas de carga y descarga, el recuento de culombios y la temperatura (por citar algunos factores), y las supercapsulantes tienen su propia lista comparable. Entonces, ¿cómo se va a gestionar la supercapacidad híbrida? ¿Las tácticas entrarán en conflicto o son lo suficientemente similares como para que un solo enfoque pueda funcionar para el híbrido de dos terminales?

Pienso en el diodo de túnel:a pesar de sus atractivas características de rendimiento, como dispositivo de dos terminales sin conexiones de entrada-salida-tierra distintas, era bastante difícil de usar y, por lo tanto, cayó en desgracia; lo mismo es válido para el diodo PIN (solo mire algunos de sus esquemas de circuito de aplicación). ¿Quizás los circuitos integrados, como el recientemente presentado Maxim MAX38889, un regulador reductor / elevador reversible de 2.5V a 5.5V, 3A optimizado para aplicaciones de respaldo supercap, funcionan lo suficientemente bien para ambos? (Figura 2)

Figura 2:El MAX38889 apunta específicamente a la gestión de supercondensadores; también puede haber una batería en el circuito. (Fuente de la imagen:Maxim Integrated Products)

Decidir si utilizar una solución híbrida para un problema dado a menudo implica sopesar compensaciones difíciles de evaluar. Además de las ventajas obvias en las que cada componente supera uno o más cortocircuitos del otro, también hay muchos casos en los que se introducen nuevas debilidades.

¿Tiene sentido utilizar el híbrido supercap? La respuesta es simple:depende. En algunos casos, una nueva deficiencia es inaceptable en la aplicación, mientras que en otros, los nuevos beneficios superan los inconvenientes. Cuantitativamente, el modelo no solo debe resolver la ecuación "¿es 1 +1 <, =o> 2?" pero también debe evaluar las brechas que crea la solución.

¿Cuál ha sido su experiencia con soluciones híbridas, combinadas o fusionadas (y no solo con supercapacidades híbridas)? ¿Fue la ganancia general más importante que cualquier otro inconveniente? ¿Cómo juzga el equilibrio entre las ventajas y las desventajas del enfoque híbrido?

Referencias
Eaton, "Explicación de los supercondensadores híbridos"

Eaton, "Informe técnico del supercondensador híbrido HS"

Battery University, "BU-209:¿Cómo funciona un supercondensador?"

Taiyo Yuden, "Condensadores de iones de litio:el último reemplazo de EDLC"

Taiyo Yuden, “Dispositivos de almacenamiento de energía:condensadores de iones de litio; Condensadores eléctricos de doble capa ”

Tech Briefs, "Los supercondensadores se vuelven híbridos para un mayor rendimiento y eficiencia"

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE. Tiempos.

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