I condensatori hanno diverse proprietà straordinarie. Innanzitutto, immagazzinano energia sotto forma di carica elettrica anziché di energia chimica. Questo consente in genere tempi di carica quasi istantanei e correnti di picco in uscita molto elevate. Possono resistere a centinaia di migliaia di cicli di carica-scarica, anziché alle centinaia di cicli delle batterie a ciclo completo. Qual è il problema?
Una batteria fornisce una tensione piuttosto costante per un lungo periodo di utilizzo. A seconda del dispositivo, potrebbero verificarsi problemi di prestazioni in prossimità dell'esaurimento. Gli smartphone, ad esempio, entrano in modalità di risparmio energetico. Questo non solo per farli funzionare un po' più a lungo, ma anche per evitare spegnimenti immediati senza preavviso.
Come puoi vedere, la tensione diminuisce man mano che la batteria si avvicina all'esaurimento. Nel tuo telefono, c'è un circuito di conversione di potenza, parte della gestione energetica complessiva, che converte l'energia non proprio costante della batteria in una potenza di sistema regolata in modo molto preciso (probabilmente una serie di tensioni diverse). Nota che qui esiste una relazione importante: potenza=corrente∗tensione. Quindi, per mantenere la stessa potenza, man mano che la tensione diminuisce, il mio circuito deve assorbire più corrente.
Ogni batteria ha una piccola resistenza interna e, grazie a un'altra relazione, chiamata legge di Ohm, si sa che ci sarà una caduta di tensione nella batteria. Nel disegno, Vout = V0−r∗I, dove I è la corrente. Pertanto, man mano che V0 diminuisce e il circuito di gestione dell'alimentazione deve assorbire più corrente per erogare la stessa potenza, la tensione di uscita della batteria diminuisce ancora più rapidamente. Questo limita la corrente massima in uscita di una batteria e significa anche che si scaricano piuttosto rapidamente quando sono prossime all'esaurimento.
Tuttavia, la tensione di uscita, la corrente di picco e la potenza totale di un condensatore diminuiscono esponenzialmente nel tempo. Il condensatore ha un vantaggio: immagazzina carica elettrica, anziché convertirla in carica chimica come in una batteria, quindi, sebbene esista una resistenza interna, questa è minima e di solito può essere ignorata. I condensatori possono fornire correnti molto, molto elevate per un breve periodo di tempo.
Ma per alimentare qualcosa, sono problematici. Ricordate il mio desiderio di mantenere una potenza costante nel mio sistema di gestione dell'alimentazione, e che potenza = corrente * tensione. Quando la tensione scende rapidamente, dobbiamo compensarla con una corrente in rapido aumento per fornire la stessa potenza. Correnti molto elevate comportano un circuito molto più costoso, componenti di conversione di potenza più grandi, maggiori perdite di potenza nelle schede elettroniche, ecc... lo stesso problema di base che ha la batteria verso l'esaurimento, solo che questo inizia a verificarsi molto presto nella vita utile di accumulo di energia del condensatore. E man mano che il condensatore si esaurisce, anche la corrente di picco, pur essendo ancora relativamente alta, diminuisce.
L'altro problema è che gli ultracondensatori moderni hanno un'energia specifica molto inferiore rispetto alle batterie. I migliori ultracondensatori sul mercato gestiscono 8-10 Wh/kg, la maggior parte si aggira intorno ai 5 Wh/kg. Le migliori batterie agli ioni di litio erogano circa 200 Wh/kg, molte formulazioni possono superare i 100 Wh/kg. Quindi, per utilizzare gli ultracondensatori, è necessario un peso circa 20 volte superiore. Ma forse anche di più, poiché a un certo punto durante la scarica, a seconda dell'applicazione, la tensione scenderà troppo in basso per essere utilizzabile, lasciando l'energia inutilizzata. Inoltre, a differenza dei condensatori più tradizionali, gli ultracondensatori hanno anche una resistenza interna relativamente elevata. Quindi non possono necessariamente supportare un elevato scambio di tensione per corrente.
Poi c'è l'autoscarica: la velocità con cui l'energia "perde" da un dispositivo di accumulo. Le uniche celle NiMh sono robuste, ma l'autoscarica può arrivare fino al 20-30% al mese. Le celle agli ioni di litio riducono questo valore a circa <2% al mese, a seconda della specifica tecnologia Li-ion, forse al 3% in alcuni sistemi, a seconda del monitoraggio della batteria. Gli ultracondensatori odierni perdono fino al 50% di carica nel primo mese. Questo potrebbe non essere un problema in un dispositivo che viene ricaricato quotidianamente, ma limita decisamente i casi d'uso dei condensatori rispetto alle batterie, almeno finché non verranno sviluppati progetti migliori.
E poiché ne servono così tanti, il costo attuale degli ultracondensatori può essere da 6 a 20 volte superiore a quello delle batterie. Se la vostra applicazione richiede una potenza di uscita molto bassa, in particolare con picchi di corrente molto brevi e elevati, l'ultracondensatore potrebbe essere un'opzione. Altrimenti, non sarà una sostituzione della batteria nel prossimo futuro.
Per applicazioni ad alta corrente come le auto elettriche, non è ancora una considerazione utile, se considerata come soluzione autonoma. Sebbene i sistemi che utilizzano sia ultracondensatori che batterie possano essere interessanti, poiché le loro differenze sono molto complementari, l'elevato trasferimento di corrente e la lunga durata del condensatore contrastano con l'elevata energia specifica/densità energetica della batteria. E c'è molto lavoro in corso per realizzare ultracondensatori molto migliori, così come batterie molto migliori. Quindi forse un giorno l'ultracondensatore assumerà più funzioni tipiche delle batterie.
articolo da: https://qr.ae/pCacU0
Data di pubblicazione: 06-01-2026