Diferenças entre Supercapacitores e Baterias

Supercapacitor vs Bateria: É como comparar um corredor de curta distância com um maratonista. Ambos realizam a mesma função de armazenar energia, mas possuem vantagens e desvantagens diferentes que os tornam ideais para diferentes finalidades. Então, como os supercapacitores se comparam às baterias de íons de lítio (Li-ion), que são o tipo mais comum de bateria?

O que é um Supercapacitor?

Os supercapacitores armazenam energia através de dois mecanismos: eletrostático e eletroquímico. No armazenamento eletrostático, a carga é separada na interface eletrodo-eletrólito, formando uma dupla camada elétrica de íons. Esta capacitância de dupla camada armazena energia sem reações químicas dentro da célula. A energia assim armazenada pode ser rapidamente liberada quando necessário. O mecanismo eletroquímico envolve reações de oxidação-redução, onde a carga é armazenada através do movimento de íons entre o eletrólito e o eletrodo. Dependendo da aplicação, os supercapacitores podem aproveitar um ou ambos os mecanismos.

O que é uma bateria de íons de lítio?

As baterias de íons de lítio são o tipo mais comum de bateria elétrica recarregável. Elas armazenam eletricidade através de um processo eletroquímico, convertendo eletricidade em energia química e convertendo de volta conforme necessário. Devido à sua alta densidade energética em termos de volume e peso, as baterias de íons de lítio são ideais para sistemas de armazenamento de energia portátil de alta densidade. Elas são utilizadas em diversos dispositivos, desde veículos elétricos a smartphones e laptops.

Comparação de vantagens e desvantagens entre supercapacitores e baterias de íons de lítio:

Densidade de Energia: Os supercapacitores armazenam muito menos energia por unidade de volume ou peso em comparação às baterias convencionais. Em veículos elétricos, a densidade de energia é traduzida como a distância percorrida por carga. Assim, as baterias são mais adequadas para aplicações que necessitam de armazenamento de energia em grande escala.

Densidade de Potência: Os supercapacitores podem fornecer grandes quantidades de energia em curtos períodos, tornando-os ideais para aplicações que requerem um uso rápido de energia. A aceleração rápida de veículos elétricos e flashes de câmeras são tais aplicações.

Autodescarga: As baterias têm taxas de autodescarga muito mais baixas do que os supercapacitores. Portanto, elas são mais adequadas para aplicações que requerem armazenamento de energia por longos períodos sem recarga frequente.

Vida Útil: Nas baterias, as reações químicas podem corroer componentes. Enquanto supercapacitores podem lidar com mais de 1.000.000 ciclos de carga/descarga, as baterias comuns suportam apenas cerca de 2.000-3.000 ciclos.

Custo: Os supercapacitores geralmente apresentam um custo por watt mais alto devido ao custo dos componentes e ao fato de a energia se descarregar muito rapidamente às vezes ineficientemente.

Sustentabilidade: A mineração de lítio, níquel e cobalto para baterias de íons de lítio envolve problemas ambientais associados ao desperdício e poluição. Em contraste, os supercapacitores podem usar materiais mais sustentáveis, como carvão ativado de biomassa renovável que é menos prejudicial ao meio ambiente e mais fácil de reciclar.

Qual tecnologia é melhor?

Em resumo, a escolha entre supercapacitores e baterias depende da aplicação. Ambos oferecem valor considerável e, às vezes, funcionam melhor quando ambas são usadas juntas! Por exemplo, um ônibus equipado com ambos pode usar um capacitor para acelerar, quando necessário, e uma bateria para manter velocidade constante.

No entanto, ainda há muito a explorar tanto em baterias quanto em supercapacitores. Muitos estudos estão em andamento para descobrir e desenvolver novos materiais e química que possam melhorar a densidade de energia, capacidade de descarga, durabilidade de ciclos e segurança de baterias e supercapacitores.

Soluções Analíticas para Pesquisa de Supercapacitores e Baterias

A Malvern Panalytical oferece ferramentas confiáveis, precisas e versáteis para ajudar pesquisadores e fabricantes a desenvolver baterias e supercapacitores de alto desempenho, enquanto reduzem seu impacto ambiental.

Por exemplo, os espectrômetros de fluorescência de raio-X das linhas Zetium ou Epsilon podem ser usados para analisar a composição elementar e impurezas em materiais de ânodos, cátodos e eletrólitos.

As gamas Mastersizer e Zetasizer Advance permitem a caracterização de tamanho e distribuição de tamanho em partículas.

A linha Empyrean e o equipamento de difração de raios X de pequena escala Aeris podem analisar defeitos cristalinos em materiais de supercapacitores e baterias que impactam negativamente o desempenho das baterias.