Um capacitor elétrico de camada dupla é um capacitor de alta capacidade com resistência interna muito baixa. Ele armazena energia elétrica em um campo eletrostático, em contraste com um capacitor regular que armazena energia em um campo elétrico. Um supercapacitor tem uma capacidade de armazenamento de energia muito maior do que um capacitor comum e pode ser carregado e descarregado muito mais rapidamente. Além disso, tem uma vida útil mais longa e é muito menos sensível à temperatura. Os supercapacitores são usados ​​em uma variedade de aplicações, desde eletrônicos de consumo até veículos elétricos.

O espaçamento entre os capacitores de camada dupla é muito pequeno, resultando em uma capacidade de resistência à tensão muito fraca, geralmente não superior a 20V, portanto, eles geralmente são usados ​​como elementos de armazenamento de energia em aplicações de baixa tensão CC ou baixa frequência. Os capacitores de dupla camada são amplamente utilizados. Elas podem ser usadas como energia de balanceamento de energia para dispositivos de elevação, que podem fornecer grande corrente de energia e como energia de partida do veículo, que tem maior eficiência de partida e confiabilidade do que as baterias tradicionais e podem substituir as baterias tradicionais no todo ou em parte.

Quais são as características de um capacitor de camada dupla?

1. Alta densidade de potência

Pode atingir 102-104W/kg, o que é muito maior do que o nível de densidade de energia da bateria.

2. Ciclo de vida longo

Após 500.000 a 1.000.000 ciclos de carga/descarga profundos de alta velocidade em poucos segundos, as características dos capacitores de camada dupla mudam muito pouco, e a capacidade e a resistência interna diminuem apenas 10% a 20%.

3. Amplo limite de temperatura de trabalho

Como as taxas de adsorção e dessorção de íons em capacitores de dupla camada não mudam muito em baixas temperaturas, a mudança de capacidade é muito menor do que nas baterias. A faixa de temperatura operacional dos capacitores comerciais de camada dupla pode atingir -40℃～+80℃.

Como funcionam os capacitores de camada dupla?

Em comparação com os capacitores eletrolíticos de alumínio, os capacitores de camada dupla têm maior resistência interna, para que possam ser carregados diretamente sem resistência de carga e, em caso de carregamento de sobretensão, os capacitores de camada dupla abrirão o circuito sem danificar os dispositivos, o que é diferente da quebra de sobretensão de capacitores eletrolíticos de alumínio.

Ao mesmo tempo, em comparação com uma bateria recarregável, o capacitor de camada dupla pode ser carregado sem limite de corrente e o número de cargas pode ser superior a 106 vezes, portanto, o capacitor de camada dupla não possui apenas as características do capacitor mas também tem as características da bateria, que é um novo tipo de componentes especiais entre a bateria e o capacitor.

O princípio básico é que, ao carregar o eletrodo, a carga superficial do eletrodo no estado de eletrodo polarizado ideal atrairá os íons anisotrópicos na solução eletrolítica circundante, de modo que esses íons se ligarão à superfície do eletrodo para formar uma carga dupla camada, formando um capacitor de dupla camada. Como a distância entre as duas camadas de carga é muito pequena (geralmente menor que 0,5 nm), aliada à estrutura especial do eletrodo, a área da superfície do eletrodo aumenta dez mil vezes, resultando em uma grande capacidade elétrica.

Por que uma camada dupla elétrica é importante?

Uma dupla camada elétrica é um fenômeno que desempenha um papel fundamental no mecanismo de estabilização eletrostática de colóides. Partículas coloidais ganham carga elétrica negativa quando íons carregados negativamente do meio de dispersão são adsorvidos na superfície da partícula.

Quais são os usos de um capacitor elétrico de dupla camada?

Capacitores elétricos de camada dupla (EDLCs) são capacitores de alta potência e alta densidade de energia usados ​​em uma ampla gama de aplicações, desde eletrônicos de consumo até aplicações industriais. Os EDLCs são adequados para aplicações como condicionamento de energia, coleta de energia, energia de pulso e backup de memória e têm sido usados ​​em aplicações de eletrônicos de consumo, automotivas, militares e médicas.

Os EDLCs são comumente usados ​​em produtos eletrônicos de consumo, como laptops, telefones celulares e câmeras digitais. Eles também são usados ​​em veículos elétricos como dispositivos de armazenamento de energia e como fonte de energia de backup. Em aplicações automotivas, os EDLCs são usados ​​para melhorar a eficiência de combustível e reduzir as emissões. Eles também são usados ​​em aplicações militares, como condicionamento de energia, energia de pulso e backup de memória. Os EDLCs também são usados ​​em implantes médicos e dispositivos médicos, pois são capazes de armazenar energia por um longo período de tempo e são altamente confiáveis.

Quais são as diferenças entre capacitores de camada dupla e pseudocapacitores?

A pseudocapacitância, também conhecida como quasi-capacitância de Faraday, é a deposição subpotencial de substâncias eletroativas na superfície do eletrodo ou no espaço bidimensional ou quase bidimensional na fase a granel, onde a quimissorção altamente reversível, dessorção ou oxidação e redução reações ocorrem, produzindo uma capacitância relacionada ao potencial de carga do eletrodo.

A pseudocapacitância pode ser gerada não apenas na superfície do eletrodo, mas também dentro de todo o eletrodo, permitindo assim maior capacidade elétrica e densidade de energia do que a capacitância de bicamada. No caso da mesma área de eletrodo, a pseudocapacitância pode ser de 10 a 100 vezes maior que a capacitância da bicamada.

Capacitores e pseudocapacitores de camada dupla diferem em três aspectos principais abaixo:

A estabilidade e a condutividade do material de carbono devem ser boas e a qualidade é muito maior do que a capacitância porque a bicamada utiliza a superfície do material, enquanto esses óxidos de metais de transição podem utilizar a fase a granel, mas é principalmente um valor teórico e o ciclo de vida e a multiplicidade são limitados.

Os capacitores de camada dupla armazenam energia por adsorção de carga na superfície do eletrodo, enquanto os pseudocapacitores armazenam energia pela reação redox dos materiais ativos do eletrodo.

O capacitor de camada dupla é dividido em um capacitor de camada dupla e um pseudocapacitor do mecanismo de armazenamento de energia. É um novo tipo de dispositivo de armazenamento de energia, que tem as características de alta densidade de potência, curto tempo de carregamento, longa vida útil, boas características de temperatura, economia de energia e proteção ambiental verde, etc. Capacitores de dupla camada são amplamente utilizados.

Fonte: QUARKTWIN