Os supercapacitores, também conhecidos como ultracapacitores ou capacitores elétricos de camada dupla (EDLCs), representam um avanço significativo na tecnologia de armazenamento de energia devido à sua alta capacitância e capacidades rápidas de carga/descarga. O conceito por trás dos novos supercapacitores envolve maximizar a área de superfície e otimizar materiais em nível nanoescala para aumentar a capacitância e a densidade de energia. Ao contrário dos capacitores tradicionais, que armazenam energia através da separação de cargas elétricas em placas condutoras, os supercapacitores armazenam energia eletrostaticamente em uma dupla camada elétrica formada na interface entre um eletrodo e uma solução eletrolítica. Este projeto permite que os supercapacitores atinjam valores de capacitância muito mais altos do que os capacitores convencionais, mantendo ciclos rápidos de carga e descarga.
Novas tecnologias para supercapacitores concentram-se na melhoria da capacidade de armazenamento de energia, densidade de potência e ciclo de vida através de materiais de eletrodos e eletrólitos inovadores. Os nanotubos de grafeno e carbono são extensivamente pesquisados por sua alta área superficial e condutividade, que melhoram o desempenho dos supercapacitores. Além disso, os avanços nos processos de fabricação visam reduzir a resistência interna e aumentar a eficiência da transferência de carga dentro das células supercapacitores. Estes desenvolvimentos são cruciais para expandir o âmbito de aplicação dos supercapacitores no armazenamento de energia renovável, transporte e eletrónica, onde a rápida libertação e recarga de energia são essenciais.
O princípio de funcionamento de um supercapacitor é baseado no armazenamento eletrostático de energia elétrica. Os supercapacitores consistem em dois eletrodos separados por um eletrólito e um separador. Quando uma tensão é aplicada, os íons do eletrólito se acumulam na superfície dos eletrodos, formando uma dupla camada elétrica. Este processo cria uma alta capacitância devido à grande área de superfície disponível para armazenamento de carga. Ao contrário das baterias, que armazenam energia através de reações químicas, os supercapacitores armazenam energia eletrostaticamente, permitindo ciclos rápidos de carga e descarga com degradação mínima ao longo do tempo. Essa característica torna os supercapacitores adequados para aplicações que exigem alto fornecimento de potência e eficiência energética.
A física por trás dos supercapacitores gira em torno da formação da dupla camada elétrica na interface eletrodo-eletrólito. Esta dupla camada é composta por íons do eletrólito atraídos para a superfície do eletrodo. O mecanismo de armazenamento é principalmente eletrostático, o que significa que a energia é armazenada separando cargas positivas e negativas nas superfícies dos eletrodos. Os principais fatores que influenciam o desempenho dos supercapacitores incluem a área superficial dos eletrodos, o tipo de eletrólito usado e as propriedades físicas dos materiais dos eletrodos. A compreensão desses princípios ajuda a otimizar projetos de supercapacitores para aplicações específicas e a melhorar sua eficiência e confiabilidade gerais.
O objetivo dos supercapacitores é preencher a lacuna entre os capacitores convencionais e as baterias, oferecendo alta capacidade de armazenamento de energia, taxas rápidas de carga/descarga e longo ciclo de vida. Ao contrário das baterias, que se destacam em densidade de energia, mas podem ter densidade de potência limitada e taxas de carga mais lentas, os supercapacitores priorizam a densidade de potência e o fornecimento rápido de energia. O seu objetivo é fornecer uma solução complementar de armazenamento de energia que atenda às demandas de aplicações modernas, como sistemas de frenagem regenerativa em veículos elétricos, armazenamento de energia renovável e redução de pico de potência em aplicações industriais e em escala de rede. Ao melhorar a eficiência energética e a fiabilidade, os supercapacitores pretendem contribuir para soluções energéticas sustentáveis e melhorar o desempenho geral do sistema em vários setores.