I supercondensatori, noti anche come ultracondensatori o condensatori elettrici a doppio strato (EDLC), rappresentano un progresso significativo nella tecnologia di accumulo dell’energia grazie alla loro elevata capacità e alle capacità di carica/scarica rapida. Il concetto alla base dei nuovi supercondensatori prevede la massimizzazione della superficie e l’ottimizzazione dei materiali a livello di nanoscala per migliorare la capacità e la densità di energia. A differenza dei condensatori tradizionali, che immagazzinano energia attraverso la separazione delle cariche elettriche su piastre conduttrici, i supercondensatori immagazzinano energia elettrostaticamente in un doppio strato elettrico formato all’interfaccia tra un elettrodo e una soluzione elettrolitica. Questo design consente ai supercondensatori di raggiungere valori di capacità molto più elevati rispetto ai condensatori convenzionali mantenendo cicli di carica e scarica rapidi.
Le nuove tecnologie per i supercondensatori si concentrano sul miglioramento della capacità di accumulo di energia, della densità di potenza e della durata del ciclo attraverso materiali per elettrodi ed elettroliti innovativi. Il grafene e i nanotubi di carbonio sono oggetto di ricerche approfondite per la loro elevata area superficiale e conduttività, che migliorano le prestazioni dei supercondensatori. Inoltre, i progressi nei processi di produzione mirano a ridurre la resistenza interna e ad aumentare l’efficienza del trasferimento di carica all’interno delle celle dei supercondensatori. Questi sviluppi sono fondamentali per espandere l’ambito di applicazione dei supercondensatori nello stoccaggio, nei trasporti e nell’elettronica di energia rinnovabile, dove il rilascio e la ricarica rapidi dell’energia sono essenziali.
Il principio di funzionamento di un supercondensatore si basa sull’accumulo elettrostatico di energia elettrica. I supercondensatori sono costituiti da due elettrodi separati da un elettrolita e un separatore. Quando viene applicata una tensione, gli ioni dell’elettrolita si accumulano sulla superficie degli elettrodi, formando un doppio strato elettrico. Questo processo crea un’elevata capacità grazie all’ampia superficie disponibile per l’accumulo di carica. A differenza delle batterie, che immagazzinano energia attraverso reazioni chimiche, i supercondensatori immagazzinano energia elettrostaticamente, consentendo cicli di carica e scarica rapidi con un degrado minimo nel tempo. Questa caratteristica rende i supercondensatori adatti ad applicazioni che richiedono elevata erogazione di potenza ed efficienza energetica.
La fisica alla base dei supercondensatori ruota attorno alla formazione del doppio strato elettrico all’interfaccia elettrodo-elettrolita. Questo doppio strato è composto da ioni dell’elettrolita attratti dalla superficie dell’elettrodo. Il meccanismo di accumulo è principalmente elettrostatico, il che significa che l’energia viene immagazzinata separando le cariche positive e negative sulle superfici degli elettrodi. I fattori chiave che influenzano le prestazioni dei supercondensatori includono l’area superficiale degli elettrodi, il tipo di elettrolita utilizzato e le proprietà fisiche dei materiali degli elettrodi. La comprensione di questi principi aiuta a ottimizzare la progettazione dei supercondensatori per applicazioni specifiche e a migliorarne l’efficienza e l’affidabilità complessive.
L’obiettivo dei supercondensatori è colmare il divario tra i condensatori convenzionali e le batterie offrendo un’elevata capacità di accumulo di energia, velocità di carica/scarica rapida e una lunga durata. A differenza delle batterie, che eccellono in densità di energia ma possono avere una densità di potenza limitata e velocità di carica più lente, i supercondensatori danno priorità alla densità di potenza e alla rapida erogazione di energia. Il loro obiettivo è fornire una soluzione complementare per lo stoccaggio dell’energia che soddisfi le esigenze delle applicazioni moderne come i sistemi di frenata rigenerativa nei veicoli elettrici, lo stoccaggio di energia rinnovabile e il peak power shaving in applicazioni industriali e su scala di rete. Migliorando l’efficienza energetica e l’affidabilità, i supercondensatori mirano a contribuire a soluzioni energetiche sostenibili e a migliorare le prestazioni complessive del sistema in vari settori.
