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Enquanto o carregamento das baterias geralmente leva horas, os ultracapacitores podem ser carregados em segundos.
Enquanto o carregamento das baterias geralmente leva horas, os ultracapacitores podem ser carregados em segundos.
Centro de Pesquisa John H. Glenn, Cleveland, Ohio
A figura mostra uma furadeira portátil com sua unidade de alimentação acoplada, na qual ultracapacitores, em vez de baterias, são usados para armazenar energia. Esta furadeira movida a ultracapacitor é um produto de esforços contínuos para desenvolver a disciplina tecnológica conhecida como gerenciamento de energia híbrida (HPM), que é orientada para a integração de diversos dispositivos de geração, armazenamento e consumo de energia elétrica em configurações ideais.
Instâncias de HPM foram relatadas em vários artigos anteriores da NASA Tech Briefs, embora não explicitamente rotuladas como HPM, exceto no artigo mais recente, que foi "Hybrid Power Management" ( LEW-17520-1), Vol. 29, No. 12 (dezembro de 2005), página 35. Para recapitular esse artigo: O uso de ultracapacitores como dispositivos de armazenamento de energia está no cerne do HPM. Um ultracapacitor é um dispositivo de armazenamento de energia eletroquímica, mas ao contrário de uma célula ou bateria eletroquímica recarregável convencional, as reações químicas não ocorrem durante a operação. Em vez disso, a energia é armazenada eletrostaticamente em uma interface eletrodo / eletrólito. A capacitância por unidade de volume de um ultracapacitor é muito maior do que a de um capacitor convencional porque seus eletrodos têm uma área de superfície muito maior por unidade de volume e a separação entre os eletrodos é muito menor.
O Power Pack conectado à parte inferior do cabo da furadeira utiliza ultracapacitores, em vez de baterias, para armazenar energia.
O HPM oferece muitas vantagens sobre a abordagem convencional de gerenciamento de energia em que as baterias são usadas para armazenar energia. Para contextualizar o presente desenvolvimento, é necessário reiterar essas vantagens do artigo anterior citado:
Os circuitos de controle de energia para ultracapacitores podem ser mais simples do que aqueles para baterias por dois motivos: (1) devido à ausência de reações químicas, as correntes de carga e descarga podem ser maiores do que as das baterias, limitadas apenas pelas resistências elétricas dos condutores; e (2) Considerando que o nível de carga de uma bateria depende da tensão, temperatura, idade e condição de carga, o nível de carga de um ultracapacitor, como o de um capacitor convencional, depende apenas da tensão.
Enquanto uma bateria típica pode ser carregada e descarregada cerca de 300 vezes, um ultracapacitor pode ser carregado e descarregado mais de um milhão de vezes. A vida útil mais longa dos ultracapacitores contribui para a confiabilidade.
A vida útil mais longa dos ultracapacitores reduz bastante os custos da vida útil do sistema, incluindo os custos indiretos de manutenção e tempo de inatividade.
A vida útil mais longa dos ultracapacitores reduz os efeitos ambientais adversos, visto que provavelmente nunca será necessário substituir e descartar ultracapacitores na maioria das aplicações, enquanto as baterias devem ser substituídas com frequência.
Os problemas de descarte e as contribuições associadas aos custos da vida útil do sistema podem ser reduzidos porque os constituintes químicos dos ultracapacitores são menos tóxicos e menos prejudiciais ao meio ambiente do que os das baterias. Na verdade, os ultracapacitores são um tanto recicláveis.
O excelente desempenho em baixa temperatura torna os ultracapacitores adequados para armazenar energia em aplicações em temperaturas muito baixas para baterias.
O desempenho consistente dos ultracapacitores ao longo do tempo permite uma operação confiável que não é possível com baterias.
Ao contrário das baterias, os ultracapacitores podem ser deixados completamente descarregados com segurança por longos períodos indefinidamente.
Enquanto a eficiência de carga e descarga no gerenciamento de energia convencional usando baterias recarregáveis é normalmente cerca de 50 por cento, a eficiência de carga e descarga em HPM normalmente excede 90 por cento.
Para a furadeira sem fio, um carregador dedicado é usado para aproveitar totalmente as vantagens dos ultracapacitores como dispositivos de armazenamento de energia. Devido à natureza não crítica de carregamento e descarregamento de ultracapacitores, este carregador é menos complexo e menos caro do que um carregador de bateria para a mesma furadeira. Mais espetacularmente, aproveitando as características únicas de carregamento dos ultracapacitores, este carregador pode deixar a furadeira sem fio alimentada por ultracapacitores pronta para operação em segundos, em contraste com as várias horas necessárias para recarregar as baterias.
Este trabalho foi realizado por Dennis J. Eichenberg, do Glenn Research Center. Para obter mais informações, baixe o Pacote de Suporte Técnico (white paper gratuito) em www.techbriefs.com/tsp na categoria Eletrônicos / Computadores. Consultas relativas aos direitos de uso comercial desta invenção devem ser dirigidas ao NASA Glenn Research Center, Innovative Partnerships Office, Attn: Steve Fedor, Mail Stop 4-8, 21000 Brookpark Road, Cleveland, Ohio 44135. Consulte LEW-18116-1 .
Eletrodos e dispositivos supercapacitores assimétricos
Eletrodos e dispositivos supercapacitores assimétricos
O mundo está testemunhando recentemente um desenvolvimento explosivo de novos dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos que exigem fontes de energia mais confiáveis que combinam maior densidade de energia e durabilidade de longo prazo. Os supercapacitores se tornaram um dos sistemas de armazenamento de energia mais promissores, pois apresentam vantagens múltiplas de alta densidade de potência, carregamento-descarregamento rápido e longa estabilidade cíclica. No entanto, a densidade de energia intrinsecamente baixa inerente aos supercapacitores tradicionais limita severamente suas aplicações generalizadas, levando os pesquisadores a explorar novos tipos de supercapacitores com desempenho aprimorado. Supercapacitores assimétricos (ASCs) montados usando dois materiais de eletrodo diferentes oferecem uma vantagem distinta de ampla janela de tensão operacional e, assim, aumentam significativamente a densidade de energia. O progresso recente feito no campo de ASCs é revisado criticamente, com o foco principal em um extenso levantamento dos materiais desenvolvidos para eletrodos ASC, bem como cobrindo o progresso feito na fabricação de dispositivos ASC nas últimas décadas. Desafios atuais e uma perspectiva futura do campo de ASCs também são discutidos.
Citando literatura
Citando literatura
Número de vezes citado de acordo com CrossRef: 386
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