Supercondensatore, io lo uso così

Il supercondensatore è una nuova tipologia di componente elettronico che ha lo scopo di accumulare un'enorme quantità di energia. Esso risulta decisamente diverso tra un condensatore tradizionale e differisce anche da una batteria ricaricabile. La sua caratteristica principale è quella di essere a doppio strato, attributo che ne permette una impressionante capienza di carica elettrica. Esso è l'unico tipo di condensatore che utilizza un doppio strato elettrochimico (EDL) per fornire una capacità mille volte maggiore dei normali componenti.

Supercondensatore: definizione e caratteristiche principali

Il condensatore elettrochimico a doppio strato (electrochemical double-layer capacitor, EDLC), meglio conosciuto come supercondensatore o ultracondensatore, è prevalentemente utilizzato come accumulatore di energia elettrica.

Ha una densità di energia straordinariamente alta, se confrontato con i condensatori convenzionali, tipicamente nell'ordine delle migliaia di volte superiore rispetto a un elettrolitico ad alta capacità. Per esempio, un comune condensatore elettrolitico possiede una capacità nell'ordine delle migliaia di microFarad, mentre un supercondensatore delle stesse dimensioni può presentare una capacità di alcune centinaia di Farad. Contrariamente al lento processo chimico che le batterie utilizzano per generare energia, i supercondensatori hanno tempi di carica molto rapidi, da 1 a 10 secondi. Esso sono caratterizzati da potenze e tempi di vita fino a 10 volte quelli delle batterie, non necessitano di alcuna manutenzione e operano in modo affidabile anche con temperature estreme.

Oltre a questo, gli ultracondensatori non contengono composti chimici tossici come le batterie al piombo o al NiCd.

Come funzionano i supercaps:

Al fine d'immagazzinare tanta energia elettrica, il supercondensatore o supercap basa il suo funzionamento sul suo doppio strato elettrico. Non c'è reazione chimica, pertanto la sua durata utile è praticamente illimitata.

Proprio per questo, il processo di accumulo di energia è reversibile, e può essere caricato e scaricato ripetutamente milioni di volte, senza alcuna conseguenza. Oltre che gestire una enorme quantità di energia, essi sono caratterizzati da una grande densità di quest'ultima, il che consente piccoli ingombri a parità di carica rispetto ad altri componenti. Inoltre, non c'è assolutamente bisogno di manutenzione e durano, praticamente, per sempre. La carica e la scarica in un condensatore avviene quasi istantaneamente, in quanto la resistenza interna è quasi nulla e non si instaurano reazioni chimiche lente.

I supercondensatori al posto delle batterie?

Le aziende stanno mettendo in commercio, giorno dopo giorno, modelli di supercondensatori sempre più efficienti. Allo stato attuale i supercondensatori, per certe tipologie di applicazioni, possono essere utilizzati come sostituti delle batterie. Piccole attrezzature industriali, strumentazioni elettriche anche di potenza possono essere alimentate dai supercondensatori.

Essi, grazie all'utilizzo dei supercondensatori, possono essere ricaricati in pochi secondi anziché delle ore, consentendo un grande risparmio di tempo e tanta comodità operativa.

Poiché i supercondensatori funzionano elettrostaticamente, piuttosto che attraverso reazioni chimiche reversibili, possono essere caricati e scaricati un numero qualsiasi di volte, anche un milione di volte. Hanno una resistenza interna molto bassa, il che significa che immagazzinano e rilasciano energia in tempi bassissimi e lavorano con un'efficienza molto vicina al 100%.

I supercondensatori si utilizzano specialmente quando occorre immagazzinare una quantità elevata di energia in un periodo abbastanza breve (da pochi secondi a pochi minuti). Essi possono anche essere connessi alle batterie per filtrare e livellare la tensione in uscita.

Nei veicoli elettrici e ibridi, sono utilizzati come accumulatori temporanei di energia per la frenata rigenerativa. Ad esempio, i supercondensatori negli autobus in Cina si caricano in soli dieci secondi, non devono essere smaltiti poiché non risultano inquinanti, funzionano sia con il freddo che con il caldo e possono essere scaricati anche completamente senza rovinarsi. Dal momento che i veicoli elettrici funzionano con tensioni dell'ordine di centinaia di volt, sono necessari tantissimisupercondensatori collegati in serie per raggiungere i corretti valori di tensione.

Ultracondensatori, una potente risorsa di energia

Come potente risorsa energetica alternativa, gli ultracondensatori sono ampiamente utilizzati in diversi campi industriali, come contatori intelligenti, elettronica, rete elettrica e così via. Le future applicazioni del supercondensatore sembrano brillanti. A ogni modo, visto le enormi potenze in gioco, anche a tensioni basse, non si deve scherzare con tali componenti. Possono risultare alquanto pericolosi, se posti in corto circuito. Perché, dunque, è conveniente scegliere un supercondensatore?
Per diversi motivi:

• rapida carica;
• lunga durata nel tempo;
• elevata stabilità termica;
• alta efficienza;
• affidabilità massima.

Nei prossimi decenni, anche le nostre auto a combustibili fossili e il riscaldamento domestico dovranno passare all'energia elettrica, se vogliamo avere una speranza di scongiurare il cambiamento climatico catastrofico. L'elettricità è una energia estremamente versatile, ma risulta difficile da immagazzinare in tempi accettabili. Le batterie possono contenere grandi quantità di energia, ma richiedono ore per caricarsi. I condensatori, al contrario, si caricano quasi istantaneamente ma immagazzinano solo piccole quantità di energia. In futuro sarà necessaria la duplice caratteristicad'immagazzinare e rilasciare grandi quantità di elettricità molto rapidamente. I supercondensatori, allo stato attuale, sono la soluzione al problema e combinano al meglio entrambe le modalità. La durata del ciclo è cento volte superiore alle batterie agli ioni di litio e consumano il 14% in meno di elettricità.

L'energia verde è ormai una realtà che il nostro pianeta apprezzerà senza dubbio. Il futuro sembra roseo per i supercondensatori. Si prevede che nell'arco di sette anni (2020-2027) il mercato possa quintuplicare il fatturato di questi straordinari componenti.