Supercapacitori, supercondensatori
I supercondensatori accumulano l'energia elettrica in due condensatori in serie a doppio strato elettrico EDL  (Elettrochemical Double Layer)

Il supercapacitore più semplice è formato da due elettrodi polarizzabili, un separatore e un elettrolita; il campo elettrico è immagazzinato nelle interfacce tra l'elettrolita e gli elettrodi. Le cariche elettriche si dispongono all’interfaccia elettrodo/elettrolita del SC in modo fisico e non si hanno processi chimici di ossido-riduzione.
I supercapacitori sono interessanti per la loro elevata densità di potenza e per la loro grande durata; inoltre, l'immagazzinamento di energia è più semplice e più reversibile rispetto alle batterie convenzionali.

Il rovescio della medaglia del processo fisico sta nel fatto che la quantità di carica accumulabile in un SC è limitata e dipende dalla superficie di interfaccia elettrodo/elettrolita.

I supercondensatori possono essere di diversa tipologia, differenti per tipo di elettrodo o di elettrolita.

Quelli maggiormente studiati e commercializzati utilizzano elettroliti in soluzione acquosa o organica ed elettrodi a base di carbone di alta area superficiale, per aumentare l'area superficiale degli elettrodi si stanno sviluppando materiali contenenti nanotubi di carbonio, altre ricerche mirano ad ottenere elettrodi composti da film di carbonio nanostrutturato. La presenza di molti vuoti e canali tra i grani di questo film; suggerisce una elevata porosità e una bassa densità del materiale. Misure di riflettività ai raggi X hanno confermato questa ipotesi.

Rispetto alla tecnologia basata sui nanotubi, che richiede una sequenza complessa di passi, la deposizione da fasci supersonici di cluster appare una tecnica più semplice e versatile.

L'elevata porosità dei film di carbonio nanostrutturato così depositati, fa sì che la grande superficie attiva disponibile (1400 m2/g) permette di raggiungere i valori seguenti:
- capacità specifica 75 F/g
- massima densità di energia 76 Wh/Kg
- massima densità di potenza 506 KW/Kg
Fonte: webcesid1.fisica.unimi.it

I condensatori a doppio strato, rispetto alle batterie elettrochimiche, non sono soggetti ad usura: sopportano più di 500 000 cicli di carica/scarica con una durata di vita minima di 10 anni, senza che la capacità si modifichi in funzione del tempo.

E' particolarmente importante la loro capacità di poter essere caricati e scaricati a correnti molto elevate. Per questa ragione sono il mezzo adatto per i cosiddetti freni rigenerativi. In questo caso l'energia cinetica dei veicoli viene trasformata in energia elettrica che all'azionamento può essere nuovamente utilizzata.

Soprattutto nel traffico cittadino, i cui cicli di guida sono caratterizzati da continue accelerazioni e frenate, è possibile in questo modo risparmiare fino al 25% di energia.




Schema di funzionamento di un Super Capacitore a doppio strato elettrico, la linea verde tratteggiata nel centro rappresenta il separatore

Come si può notare le cariche elettriche si dispongono all’interfaccia elettrodo/elettrolita del SC in modo fisico e non si hanno processi chimici di ossido-riduzione.
Fonte: www.electricitystorage.org







Condensatore prodotto dalla Maxell Technologies


Caratteristiche:
5,8 kWh/m3

3,9 Wh/kg

2,0 kW/kg



Più interessanti sono gli Ultracapacitori della stessa società www.maxwell.com
Potenziali di risparmio simili risultano nel traffico pubblico locale su rotaia, infatti sono in grado di accumulare l'energia di una metropolitana durante la fermata per poi cederla al riavvio successivo, considerando le numerose fermate e ripartenze di questi mezzi è intuitivo il recupero energetico che ne deriva, per queste applicazioni sono già commercialmente disponibili i sistemi appropriati.
www.epcos.it  Ultracap

Presso l’Istituto CNR-ITAE di Messina è in corso un’attività di ricerca, finanziata dal Consiglio Nazionale delle Ricerche, orientata a sviluppare un SC che per tipologia può ritenersi, sul panorama scientifico internazionale, completamente innovativa.

L’innovazione consiste nel realizzare un dispositivo costituito solo da componenti solidi e cioè nell’utilizzare al posto dei tradizionali elettroliti liquidi un elettrolita solido polimerico. A tale tipologia di supercapacitore è stato dato il nome di supercapacitore tutto-solido. Nel medio termine si prevede di ottenere da questo dispositivo migliori prestazioni e maggiore sicurezza e durata dei sistemi convenzionali.
Fonte www.cnr.it

Mentre i piccoli condensatori elettrochimici sono ben sviluppati i sistemi a densità di energia superiore ai 20 kWh/m3 sono ancora in fase di ricerca e sviluppo

Informazioni tecniche sui condensatori in generale
www.peduto.it

informazioni tecniche e commerciali
www.maxwell.com
www.edn.com
www.eepn.com
powerelectronics.com
www.electronicsweekly.com

Un supercapacitore studiato e realizzato per applicazioni in sistemi di trasporto
www.batscap.com

R&S su una cella fotovoltaica integrata con supercondensatore
www.physicsweb.org