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Supercapacitores

1957
  • H. I. Becker
Pesquisador analisando o supercapacitor no laboratório de eletroquímica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um capacitor de dupla camada elétrica (EDLC, na sigla em inglês), ou supercapacitor, armazena energia eletrostaticamente por meio da polarização de uma solução eletrolítica. Ao contrário de uma bateria convencional, não há reações químicas envolvidas. Ele armazena energia na dupla camada elétrica (dupla camada de Helmholtz) formada na interface entre um eletrodo de alta área superficial e um eletrólito. Isso permite carregamento e descarregamento extremamente rápidos e uma vida útil muito longa.

O princípio fundamental de um EDLC (capacitor de dupla camada elétrica) é a separação de cargas na interface entre um eletrodo condutor sólido e um eletrólito líquido. Os eletrodos são tipicamente feitos de carbono ativado ou outros materiais porosos com uma área superficial extraordinariamente alta (até 2000 metros quadrados por grama). Quando uma voltagem é aplicada, os íons no eletrólito migram em direção aos eletrodos de polaridade oposta, formando duas camadas de carga — uma camada eletrônica na superfície do eletrodo e uma camada iônica no eletrólito. Essas duas camadas são separadas por uma camada isolante de espessura molecular chamada camada de Helmholtz, que atua como dielétrico. A capacitância é dada por [latex]C = frac{epsilon A}{d}[/latex], onde [latex]epsilon[/latex] é a permissividade do eletrólito, A é a área superficial do eletrodo e d é a distância de separação de cargas. A enorme área superficial e a minúscula distância de separação de cargas (da ordem de nanômetros) resultam em valores de capacitância extremamente altos, milhares de vezes maiores do que os capacitores convencionais. Isso permite que elas armazenem quantidades significativas de energia, embora sua densidade energética ainda seja menor que a das baterias. Sua principal vantagem é a densidade de potência — a capacidade de fornecer e absorver carga muito rapidamente.

UNESCO Nomenclature: 2203
Química física

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Invenção do frasco de Leiden (1745)
  • Teoria da dupla camada elétrica de Helmholtz (década de 1850)
  • desenvolvimento de materiais de carbono porosos
  • Princípios básicos de eletrostática e capacitância

Aplicações

  • Frenagem regenerativa em ônibus, trens e guindastes
  • Backup de energia de curto prazo para memória em dispositivos eletrônicos (SRAM, DRAM)
  • estabilização de potência em sistemas de energia renovável
  • assistência de partida a frio para motores
  • flashes de câmera

Patentes:

  • US2800616A

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: supercapacitor, EDLC, ultracapacitor, dupla camada elétrica, camada de Helmholtz, carbono ativado, densidade de potência, frenagem regenerativa, armazenamento eletrostático, carregamento rápido.

Contexto histórico

Supercapacitores

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1958
1960
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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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