Supercapacitador Ultra Denso de 2.7 V y 1000 Faradios (Actulizado Oct 2025)
Patent Pending
Asumiendo que sabes lo básico de electrónica – como que un capacitor es un componente que guarda carga temporal entre dos placas (como en un filtro RC para suavizar señales) y que las baterías dan energía sostenida pero lenta – te explico un supercapacitador como si estuviéramos revisando un esquema en el banco de trabajo. Es como un capacitor «tuneado» para ser un héroe en potencia rápida, pero vamos al grano con este supercapacitador, este modelo conceptual que hemos estado puliendo (2.7 V, 1000 F, para renovables).1. Lo básico: ¿Qué hace un supercapacitador en general?
- Un capacitor normal (ej. un cerámico de 10 µF) guarda un poquito de energía (carga) en un campo eléctrico entre placas, y se descarga rápido (en milisegundos). Útil para «picos» cortos, como estabilizar voltaje en un LED.
- Un supercapacitador es lo mismo, pero con capacitancia gigante (faradios, no microfaradios). Almacena más energía (hasta 40 Wh/kg, como una mini-batería) y la entrega en segundos, sin reacciones químicas pesadas (solo física, como iones pegándose a la superficie).
- Fórmula simple (de memoria de circuito): Energía E = (1/2) C V², donde C es capacitancia (F) y V voltaje. En supercapacitores, C es enorme, así que E crece rápido, pero V es bajo (2-3 V por célula, como un diodo).
En un circuito, es como un «buffer» para picos: se carga de la fuente (ej. panel solar) y suelta corriente alta sin caídas bruscas.2. Cómo funciona el este supercapacitador (este en concreto)El supercapacitador es un supercapacitador híbrido conceptual (mezcla capacitor + pseudocapacitor para más potencia), tamaño de una lata de refresco (32 cm³, 32 g), para apps como suavizar fluctuaciones solares o acelerones en EVs. Imagínalo como un capacitor enrollado en 3D, con materiales high-tech para maximizar superficie.
- Estructura (como un sándwich enrollado):
- Electrodos (placas): Dos bobinas simétricas de grafeno corrugado (superficie >2000 m²/g, como una sábana arrugada para guardar más carga) dopado con MXene (material 2D para conductividad) y nanowires de MnO? (nanohilos para «pseudocarga» extra, como un booster químico leve). Depositados en foil de aluminio perforado (como malla para flujo de iones).
- Electrolito: Ionogel sólido (gel con líquidos iónicos EMIM-BF?, conductividad >10 mS/cm), infundido al vacío para no burbujas. Es el «aislante» que deja pasar iones, soporta 2.7 V sin fugas.
- Separador: Celulosa nanoporosa (<1 ?m, como papel ultra-fino) para evitar cortos, minimizando distancia (d <50 nm) y maximizando C = ?A/d.
- Carcasa: Cilindro de aluminio polimérico (Ø 30 mm x 45 mm), sellado al vacío con silicona reforzada, para -50°C a +80°C (ideal desiertos/solares).
- Colectores: Malla hexagonal de Al (0.1 mm) para distribución uniforme, ESR <1 m? (resistencia baja, menos calor).
- Funcionamiento en circuito: Conecta + y – a 2.7 V; carga en <5 s (rápido como un flash). Guarda 1.01 Wh (utilizable 0.87 Wh hasta 1 V), descarga lineal a 10 A (170 s de 2.7 V a 1 V). En array (serie/paralelo), hace packs de 48 V/1 kWh para microredes – reduce volumen 30-50% vs. comerciales.
En un esquema simple: Fuente (solar) ? BMS (protección) ? supercapacitador (buffer) ? Carga (LED/motor). Suaviza picos, extiende vida de baterías +50%.3. Comparación con otros (para que veas por qué este es especial)Tabla rápida, como en un datasheet:
|
Aspecto
|
Cap (este híbrido)
|
Capacitor normal
|
Batería Li-ion
|
|---|---|---|---|
|
Capacitancia
|
1000 F (gigante)
|
10 µF (pequeño)
|
N/A (química)
|
|
Energía
|
1.01 Wh (20-40 Wh/kg)
|
0.001 Wh
|
5-10 Wh (alta)
|
|
Carga
|
<5 s
|
ms
|
Horas
|
|
Ciclos
|
>500k (20 años)
|
Infinito
|
500-2000
|
|
Uso
|
Picos renovables (solares, EVs)
|
Filtros
|
Base sostenida
|
|
Voltaje
|
2.7 V (serie para más)
|
5-50 V
|
3.7 V estable
|
Este supercapacitador brilla en híbridos (HESS): capacitor para ráfagas + batería para largo plazo, +30% eficiencia.4. Ventajas y tips para usarlo
- Ventajas: Rápido, duradero, ecológico (sin litio). En renovables, reduce «curtailment» (pérdidas por nubes) 15-20%.
- Desventajas: Autodescarga baja pero presente (<5%/día); necesita BMS* para voltaje.
- Tip electrónica: Conecta en paralelo con batería para «suavizado». Prueba con Arduino: mide V con ADC, carga con resistor.
Un BMS (Battery Management System o Sistema de Gestión de Baterías, y también se usa para supercapacitores como este) es como el «cerebro» de un pack de baterías o supercapacitores. Su trabajo principal es monitorear y controlar el voltaje (y otros parámetros) para que todo funcione seguro y eficiente.
¿Qué hace un BMS específicamente con el voltaje?
- Monitorea el voltaje: Mide el voltaje de cada célula (ej. 2.7 V en un supercapacitor como este) en tiempo real. Si una célula se sobrecarga (voltaje >2.7 V), el BMS la desconecta para evitar explosiones o degradación.
- Equilibra el voltaje: En un array (serie/paralelo), las células pueden desbalancearse (una a 2.6 V, otra a 2.8 V). El BMS «equilibra» transfiriendo carga entre ellas, manteniendo todo uniforme (ej. todas a 2.7 V nominal).
- Protege contra subvoltaje: Si el voltaje cae por debajo de un umbral (ej. 1 V en este supercapacitador para energía utilizable), el BMS corta la descarga para no dañar las células.
- Controla la carga/descarga: Limita corriente para que el voltaje no fluctúe (ej. en renovables, evita picos de 3 V de un panel solar).
En resumen: Sin BMS, un pack de supercapacitores sería como un circuito sin fusible – riesgoso y ineficiente. Con él, dura más y es seguro.2. Cómo funciona en un circuito básicoImagina un esquema simple para un pack de GrokCap (18 en serie para 48 V):
- Sensores: Usa divisores de voltaje o ICs como LTC6803 (mide V por célula, envía datos a microcontrolador como Arduino/ESP32).
- Lógica: Si V > límite, activa MOSFET para desconectar. Para equilibrio, usa resistores o «shunts» activos.
- Comunicación: Salida CAN/I2C para monitoreo (ej. app muestra «V promedio: 2.5 V»).
Ejemplo: En EVs, el BMS equilibra voltaje durante frenado regenerativo, evitando que una célula se sobrecargue.3. Tabla: Voltaje en BMS vs. sin BMS
|
Situación
|
Con BMS
|
Sin BMS
|
|---|---|---|
|
Sobrecarga (V >2.7 V)
|
Desconecta célula, equilibra
|
Daño permanente, riesgo de fuego
|
|
Subvoltaje (V <1 V)
|
Corta descarga
|
Degradación rápida, ciclos perdidos
|
|
Array desbalanceado
|
Equilibra automáticamente
|
Células débiles fallan primero
|
|
Eficiencia
|
+20-30% (voltaje estable)
|
Caídas bruscas, menos energía utilizable
|
Pero lo que se patenta en modelo de utilidad es el supercapacitador.