Supercondensatori: Energy Harvesting con nanotecnologie

La crescente diffusione dell'IoT e dei dispositivi Wearable ha portato a nuovi apparati alimentati a batteria con la necessità di sfruttare e migliorare le tecniche di power management. L'energy harvesting sta contribuendo con nuove soluzioni sensoristiche e di accumulo per migliorare l'efficienza energetica. In tutto questo, i supercapacitori o supercondensatori si sono diffusi egregiamente nel mercato e dovrebbero raggiungere un valore di oltre 10 miliardi di dollari nei prossimi 5 anni, estendendo, di fatto, il loro raggio di azione.

Introduzione

La tendenza attuale dei supercapacitori è quella di sostituire le batterie ricaricabili, offrendo un nuovo modo di storage per l'energia basato sulla nanotecnologia. A differenza delle batterie, i supercondensatori possono ricaricarsi in pochi secondi, e sopportare cicli di carica virtualmente illimitati. I supercondensatori hanno una maggiore densità di energia rispetto ai comuni condensatori, ma una minore densità di energia rispetto alle classiche batterie impiegate nei sistemi IoT. È possibile sostituire teoricamente le batterie con supercondensatori, ma sostituire un intero banco di batterie richiederebbe troppo volume. Con progressi costanti, i supercondensatori stanno ottenendo trazione in molti mercati di applicazioni quali il settore automotive, aprendo nuove possibilità in settori emergenti come lo stoccaggio di energia in rete.

La tecnologia

Supercondensatori, noti anche come ultracondensatori o condensatori elettrochimici, utilizzano materiali elettrodici ad alta area superficiale e dielettrici elettrolitici sottili per raggiungere capacità di diverse ordini di grandezza maggiori dei condensatori convenzionali (riducono la distanza D tra gli elettrodi.). In tal modo, i supercondensatori sono in grado di raggiungere maggiori densità di energia mantenendo la caratteristica di elevata densità di potenza dei condensatori convenzionali (figura 1).

Figura 1: schema di un condensatore convenzionale

Il miglioramento delle prestazioni per un supercondensatore è mostrato in Figura 2, un grafico definito "Ragone plot". Questo tipo di grafico presenta le densità di potenza di vari dispositivi misurati lungo l'asse verticale, rispetto alle loro densità di energia misurate lungo l'asse orizzontale. Nella figura 2, si vede che i supercondensatori occupano la regione compresa tra condensatori convenzionali e batterie.

Figura 2: densità di potenza in funzione della corrispondente densità di energia per vari dispositivi

Un supercondensatore è un condensatore a doppio strato con capacità molto elevata ma con limiti di bassa tensione. I supercondensatori immagazzinano più energia dei condensatori elettrolitici e sono classificati in farad (F). Sono costituiti [...]

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