Supercapacitor: Fazendo a ponte entre baterias e capacitores

De Fouad Sabry

O que é supercapacitor

Um supercapacitor (SC), também conhecido como ultracapacitor, é um capacitor de alta capacidade que preenche a lacuna entre capacitores eletrolíticos e baterias recarregáveis. Ele tem um valor de capacitância significativamente maior do que o de outros capacitores, mas possui limites de tensão mais baixos do que outros capacitores. É capaz de absorver e dar carga consideravelmente mais rapidamente do que as baterias e pode suportar muito mais ciclos de carga e descarga do que as baterias recarregáveis. Em geral, ele armazena de 10 a 100 vezes mais energia por unidade de volume ou massa do que os capacitores eletrolíticos.

Como você se beneficiará

(I) Insights, e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Supercapacitor

Capítulo 2: Bateria de íons de lítio

Capítulo 3: Bateria recarregável

Capítulo 4: Bateria de zinco-ar

Capítulo 5: Tipos de capacitor

Capítulo 6: Bateria de fluxo

Capítulo 7: Capacitor

Capítulo 8: Nanobaterias

Capítulo 9: Nanodot

Capítulo 10: Bateria de papel

Capítulo 11: Camada dupla (ciência da superfície)

Capítulo 12: Capacitor de íon de lítio

Capítulo 13: Baterias nanoball

Capítulo 14: Bateria de lítio-ar

Capítulo 15: Carbono derivado de carboneto

Capítulo 16: Pseudocapacitor

Capítulo 17: Bateria de zinco-cério

Capítulo 18: Bateria de íons de alumínio

Capítulo 19: Pseudocapacitância

Capítulo 20: Capacitância de camada dupla

Capítulo 21: Pesquisa em baterias de íons de lítio

(II) Respostas as principais perguntas do público sobre supercapacitor.

(III) Exemplos do mundo real para o uso de supercapacitor em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, brevemente, 266 tecnologias emergentes em cada setor tenha um entendimento completo de 360 ​​graus das tecnologias de supercapacitor.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores , e aqueles que querem ir além do conhecimento ou informação básica para qualquer tipo de supercapacitor.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 10 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Supercapacitor Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a linha de assunto Supercapacitor: Bridging the gap entre pilhas e condensadores, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Supercapacitor, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Supercapacitor.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Supercapacitor, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Supercapacitor, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreenderem e a crescerem os seus conhecimentos sobre o Supercapacitor. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

Um supercapacitor (SC), também conhecido como ultracapacitor, é um condensador de alta capacidade que faz a ponte entre condensadores eletrolíticos e baterias recarregáveis. Tem um valor de capacidade significativamente superior ao dos outros condensadores, mas tem limites de tensão mais baixos do que outros condensadores. É capaz de absorver e carregar consideravelmente mais rapidamente do que as baterias, e pode suportar muitos mais ciclos de carga e descarga do que as baterias recarregáveis. Em geral, armazena 10 a 100 vezes mais energia por unidade de volume ou massa do que condensadores eletrolíticos.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Supercapacitor

Capítulo 2: Bateria de iões de lítio

Capítulo 3: Bateria recarregável

Capítulo 4: Bateria de ar de zinco

Capítulo 5: Bateria de redox vanádio

Capítulo 6: Tipos de condensadores

Capítulo 7: Condensador

Capítulo 8: Nanobatteries

Capítulo 9: Fosfato de ferro de lítio

Capítulo 10: Bateria de papel

Capítulo 11: Camada dupla (ciência da superfície)

Capítulo 12: Condensador de iões de lítio

Capítulo 13: Nanoarquites para baterias de iões de lítio

Capítulo 14: Bateria de ar de lítio

Capítulo 15: Carbono derivado de carboníssio derivado de carboníssio

Capítulo 16: Pseudocapacitor

Capítulo 17: Bateria de cerium de zinco

Capítulo 18: Bateria de iões de alumínio

Capítulo 19: Pseudocapacite

Capítulo 20: Capacidade de dupla camada

Capítulo 21: Investigação em baterias de iões de lítio

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Supercapacitor

Um supercapacitor (SC), também conhecido como ultracapacitor, é um condensador de alta capacidade que faz a ponte entre condensadores eletrolíticos e baterias recarregáveis. Tem um valor de capacidade significativamente superior ao dos outros condensadores, mas tem limites de tensão mais baixos do que outros condensadores. É capaz de absorver e carregar consideravelmente mais rapidamente do que as baterias, e pode suportar muitos mais ciclos de carga e descarga do que as baterias recarregáveis. Em geral, armazena 10 a 100 vezes mais energia por unidade de volume ou massa do que condensadores eletrolíticos.

Aplicações que requerem muitos ciclos de carga/descarga rápidos em vez de armazenamento de energia compacta a longo prazo fazem uso de supercondensadores. Estas aplicações incluem automóveis, autocarros, comboios, guindastes e elevadores, onde são utilizados para travagem regenerativa, armazenamento de energia de curto prazo ou fornecimento de energia em modo de rutura. Os supercondensadores também são utilizados em aplicações que requerem muitos ciclos de carga/descarga rápidos. A cópia de segurança para memória de acesso aleatório estático é composta por componentes mais compactos (SRAM).

Tanto a capacidade eletrostática de dupla camada como a pseudocapaciteção eletroquímica, que ambos contribuem para a capacidade total do condensador, com algumas diferenças entre os dois, são usados em supercapacitors em oposição aos condensadores comuns, que utilizam o dielérico sólido convencional. Em vez disso, os supercondensadores utilizam capacidade eletrostática de dupla camada e pseudocapaciteção eletroquímica:

A capacidade eletrostática de dupla camada dos condensadores eletrostáticos de dupla camada (EDLCs) é muito maior do que a pseudocapaciteção eletroquímica de elétrodos eletroquímicos. Os EDLCs empregam elétrodos ou derivados de carbono, a realização da separação de carga dentro de uma camada dupla Helmholtz no contacto entre a superfície de um elétrodo condutor e um eletrólito.

A separação da carga é da ordem de alguns ångströms (0,3-0,8 nm), muito menos significativo do que num condensador típico.

Os pseudocapacitores eletroquímicos utilizam óxido metálico ou conduzem elétrodos de polímeros com um grande nível de pseudocapaciteção eletroquímica, além da capacidade de dupla camada. Estes elétrodos são usados em pseudocapacitors eletroquímicos. A pseudocapaciteção pode ser criada por processos redox, intercalação ou eletrossupção, bem como através do processo de transferência de carga de eletrões Faradaic.

Os elétrodos utilizados em condensadores híbridos, como o condensador de iões de lítio, têm propriedades variadas, com um apresentando maioritariamente capacidade eletrostática e outro principalmente capacidade eletroquímica. Os condensadores híbridos são utilizados em dispositivos como o condensador de iões de lítio.

A formação de uma ligação condutora iónica entre os dois elétrodos pelo eletrólito diferencia estes condensadores dos condensadores eletrolíticos tradicionais, que têm sempre uma camada dielétrica entre os elétrodos e o eletrólito, e a substância conhecida como eletrólito , por exemplo, MnO2 ou polímero condutor, é na realidade um componente do segundo elétrodo, que é referido como o cátodo,  ou, para dizer com mais precisão, o elétrodo positivo).

A utilização de elétrodos assimétricos em supercondensadores resulta em dispositivos com carga polarizada, ou, para elétrodos simétricos, pela aplicação de uma tensão durante a produção.

O desenvolvimento dos modelos de camada dupla e pseudocapaciteção pode ser encontrado (para obter mais informações sobre o modelo de camada dupla (interfacial), consulte aqui).

No início da década de 1950, engenheiros da General Electric começaram a experimentar elétrodos de carbono porosos na conceção de condensadores. Esta foi uma progressão natural do seu trabalho anterior em pilhas de combustível e baterias recarregáveis. Além de ser um condutor elétrico, o carvão ativado é um tipo de carbono particularmente poroso e esponjoso que tem uma quantidade significativa de área de superfície. O Condensador eletrolítico de baixa tensão com elétrodos de carbono porosos foi inventado por H. Becker em 1957. Ele tinha a impressão de que a energia era mantida como uma carga nos poros do carbono, semelhante à forma como os condensadores eletrolíticos mantêm a sua carga nos poros das folhas gravadas. Não se compreende com precisão o que se passa no componente se for utilizado para o armazenamento de energia, mas conduz a uma capacidade incrivelmente grande. Ele afirmou-o na patente na altura, uma vez que não sabia do mecanismo de camada dupla.

No início, a General Electric não seguiu esta linha de trabalho. Enquanto trabalhavam em desenhos experimentais de células de combustível em 1966, os investigadores da Standard Oil of Ohio (SOHIO) produziram outra versão do componente conhecido como sistema de armazenamento de energia elétrica.

Nos primeiros condensadores eletroquímicos, os elétrodos consistiam em duas folhas de folha de alumínio revestidas com carbono ativado. Estes elétrodos foram submersos num eletrólito e separados uns dos outros por uma fina camada de isolamento poroso. O resultado deste desenho foi um condensador que tinha uma capacidade que estava na ordem de um farad, que é muito maior do que condensadores eletrolíticos do mesmo tamanho. Este desenho mecânico fundamental continua a servir de base para a maioria dos condensadores eletroquímicos.

A SOHIO optou por não comercializar a sua descoberta, em vez de a licenciar para a NEC, que acabou por comercializar as descobertas como supercapacitors em 1978. Estes foram concebidos para fornecer energia de reserva para memória do computador. A SOHIO não comercializou a sua ideia. O seu supercapacitor armazenava carga elétrica parcialmente na camada dupla helmholtz e parcialmente como resultado de reações faradaicas com pseudocapaciteção, transferência de carga de eletrões e protões entre elétrodo e eletrólitos. Ambos os mecanismos contribuíram para o armazenamento global da carga elétrica. Os processos redox, a intercalação e a electrossudição são os três mecanismos que compõem o funcionamento dos pseudocapacitors (adsorção sobre uma superfície). O trabalho de Conway contribuiu significativamente para uma expansão do corpo de conhecimento em condensadores eletroquímicos.

O mercado cresceu gradualmente. Por volta de 1978, a Panasonic começou a comercializar a sua marca Goldcaps, o que fez com que isso mudasse. A corrente de descarga da primeira geração de EDLCs foi restringida pela resistência interna comparativamente elevada das células. As aplicações que requerem uma baixa corrente, como fornecer energia a chips SRAM ou fazer backup de dados, utilizaram-nos.

Os valores de capacidade subiram no final da década de 1980 graças aos avanços nos materiais do elétrodo. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de eletrólitos com maior condutividade aumentou as correntes de carga/descarga. Isto foi possível porque a resistência da série equivalente (ESR) foi diminuída. Em 1982, o Pinnacle Research Institute (PRI) produziu o primeiro supercapacitor com uma baixa resistência interna com o propósito de usá-lo em aplicações militares. Estes supercondensadores foram vendidos sob a marca PRI Ultracapacitor. Este trabalho foi retomado pelos Laboratórios Maxwell em 1992, que eventualmente se tornaram Maxwell Technologies. PRI foi a fonte a partir da qual Maxwell obteve o termo ultracapacitor; A Maxwell renomeou estes dispositivos Boost Caps para enfatizar o seu uso em aplicações de energia.

Os investigadores procuravam um meio para aumentar a tensão de avaria do eletrólito, uma vez que a quantidade de energia que pode ser armazenada nos condensadores cresce proporcionalmente ao quadrado da tensão. David A. Evans inventou o Condensador Electroquímico-Híbrido Eletrolítico em 1994, usando o ânodo de um condensador eletrolítico tentador de alta tensão. Este condensador tinha uma capacidade de 200 volts. Devido às exorbitantes despesas de produção, só podiam ser usadas para fins militares restritos.

Um dos recentes avanços tecnológicos é a utilização de condensadores de iões de lítio. Em 2007, a Fujitsu's FDK foi pioneira no desenvolvimento destes condensadores híbridos. Misturam um elétrodo eletroquímico de iões de lítio pré-dotado com um elétrodo de carbono eletrostático para criar a bateria. O valor da capacidade é aumentado em resultado desta combinação. Além disso, o procedimento de pré-doping traz para um menor potencial de ânodo e uma alta tensão de saída celular, que em conjunto contribuem para um aumento ainda maior da energia específica.

Departamentos de investigação de muitas organizações e faculdades diferentes estão a tentar aumentar ativamente qualidades como a estabilidade do ciclo, energia específica e energia específica, bem como reduzir os custos de fabrico.

Os condensadores eletroquímicos, também conhecidos como supercondensadores, são compostos por dois elétrodos que são fisicamente separados por um separador feito de uma membrana permeável por iões e um eletrólito que liga ionicamente ambos os elétrodos. Uma tensão aplicada polarizará os elétrodos, o que fará com que os iões do eletrólito criem camadas duplas elétricas com polaridades opostas às dos elétrodos. Por exemplo, os elétrodos positivamente polarizados terão uma camada de iões negativos na interface elétrodo/eletrólito, bem como uma camada de iões positivos adsorculando na camada negativa. Isto porque os elétrodos polarizados positivamente têm uma carga positiva líquida. Por outro lado, o elétrodo negativamente polarizado demonstra o comportamento oposto.

Além disso, o material do elétrodo e a forma da superfície podem influenciar se alguns iões são ou não capazes de passar através da camada dupla, transformar-se em iões com precisão adsordedos, e adicionar à capacidade geral do supercapacitor através do processo conhecido como pseudocapacitância.

Os dois elétrodos formam um circuito de série de dois condensadores individuais C1 e C2.

O total de capacidade Cé dado pela fórmula

C_{\text{total}}={\frac {C_{1}\cdot C_{2}}{C_{1}+C_{2}}}

Os elétrodos em supercondensadores podem ser simétricos ou assimétricos no arranjo.

Se os elétrodos forem simétricos, então ambos devem ter o mesmo valor de capacidade, produzindo uma capacidade total de metade do valor de cada elétrodo único (se C1 = C2, em seguida C total = 1/2 C1).

Quando se trata de condensadores assimétricos, a capacidade total pode ser tomada como a do elétrodo com menor capacidade (se C1 >> C2, em seguida C total ≈ C2).

O efeito de duas camadas é utilizado por condensadores eletroquímicos para armazenar energia elétrica; no entanto, esta camada dupla não tem um dielétrico sólido tradicional, a fim de separar eficazmente as cargas. Um condensador eletroquímico tem dois princípios de armazenamento diferentes na camada dupla elétrica dos elétrodos, e cada um destes princípios de armazenamento contribuem para a capacidade global do condensador:

A capacidade de duas camadas refere-se ao armazenamento eletrostático da energia elétrica que pode ser realizado através da obtenção da separação da carga numa camada dupla Helmholtz.

Pseudocapaciteção é o armazenamento eletroquímico da energia elétrica que é realizado por reações faradaic redox com transferência de carga.

Os métodos de medição são a única forma de diferenciar entre as duas capacidades. Embora a capacidade de cada princípio de armazenamento possa variar muito, a quantidade de carga que pode ser armazenada num condensador eletroquímico é essencialmente proporcional ao tamanho do elétrodo. Isto apesar de o condensador eletroquímico poder armazenar uma quantidade significativa de carga por tensão unitária.

Cada condensador eletroquímico contém dois elétrodos que são ionicamente acoplados uns aos outros através do eletrólito. Estes elétrodos são mecanicamente separados um do outro por um separador. O eletrólito é uma combinação de iões carregados positivamente e carregados negativamente que foram dissolvidos num líquido como a água. Cada uma das duas superfícies do elétrodo tem uma região que serve de ponto de partida para uma área em que o eletrólito líquido entra em contacto com a superfície metálica condutora do elétrodo. Esta interface cria uma fronteira partilhada entre duas fases distintas da matéria, tais como uma superfície sólida insolúvel do elétrodo e um eletrólito líquido adjacente. Uma destas fases é a superfície do elétrodo, enquanto a outra é o eletrólito. Um fenómeno altamente único conhecido como o efeito de duas camadas ocorre aqui mesmo nesta interface.

Quando uma tensão é aplicada a um condensador eletroquímico, faz com que ambos os elétrodos do condensador formem camadas duplas elétricas. Estas camadas duplas são compostas por duas camadas diferentes de cargas: uma camada electrónica pode ser encontrada na estrutura da estrutura da estrutura do elétrodo, e a outra, que tem a polaridade oposta, emerge dos iões dissolvidos e solvados no eletrólito. Ambas as camadas têm polaridades opostas. Uma monocamadora de moléculas solventes, ou moléculas de água no caso da água como solvente, atua como um separador entre os dois níveis; este monocamada é referido como o plano Helmholtz interior (IHP). As moléculas solventes agarram-se à superfície do elétrodo através de um processo conhecido como adsorção física. Ao fazê-lo, dividem os iões polarizados opostos uns dos outros e podem ser conceptualizados como uma espécie de dielétrico molecular. Como não há troca de carga entre o elétrodo e o eletrólito durante todo o processo, a adesão é causada não por ligações químicas, mas por forças físicas, como as forças eletrostáticas. As moléculas que foram adsorvadas estão polarizadas, mas como não há transferência de carga entre o eletrólito e o elétrodo, não sofreram alterações químicas.

A quantidade de carga presente no elétrodo é equivalente ao nível de contracargas que estão presentes no plano Helmholtz exterior (OHP). Este fenómeno de dupla camada serve a mesma função que um condensador típico armazenando cargas elétricas. A carga na camada dupla cria um campo elétrico estático na camada molecular das moléculas solventes no IHP. A magnitude deste campo é proporcional à intensidade da tensão que é aplicada.

Embora tenha apenas a espessura de uma única molécula, a camada dupla executa uma função semelhante à da camada dielétrica num condensador tradicional. Por conseguinte, a fórmula utilizada para calcular a capacidade dos condensadores tradicionais de placas também pode ser utilizada para estes condensadores:

C=\varepsilon {\frac {A}{d}} .

Assim, a capacidade C é maior nos condensadores fabricados a partir de materiais com uma elevada omissão ε, áreas de superfície elevadas das placas de elétrodos A e uma curta distância entre as placas d.

Como consequência, os valores de capacidade dos condensadores de camada dupla são muito maiores do que os dos condensadores regulares, decorrentes da superfície extremamente grande dos elétrodos de carbono ativados e da distância extremamente fina de duas camadas na ordem de alguns ångströms (0,3-0,8 nm), de acordo com o comprimento da escala de Debye.

como resultado da capacidade da carga espacial iónica.

Portanto, existe a possibilidade de um aumento da capacidade quântica das nanoestruturas de elétrodos de carbono poder ser associado a um aumento subsequente da densidade de capacidade dos SCs.

O tamanho do elétrodo é o fator primário que determina a quantidade de carga que pode ser armazenada num condensador eletroquímico para cada unidade de tensão. O armazenamento eletrostático de energia em camadas duplas é linear no que diz respeito à carga armazenada e corresponde à concentração dos iões adsorbed. Isto porque a carga armazenada é proporcional à quantidade de energia que está a ser armazenada. Adicionalmente, a carga é transferida através de eletrões em condensadores convencionais, enquanto que nos condensadores de camada dupla, a capacidade está relacionada com a velocidade de movimento limitada dos iões no eletrólito e a estrutura porosa resistiva dos elétrodos. Isto contrasta com a forma como a carga é transferida nos condensadores convencionais. Como não há reações químicas a ocorrer dentro do elétrodo ou do eletrólito, a capacidade de carregar e descarregar camadas duplas elétricas é, em teoria, ilimitada. A única coisa que pode encurtar o tempo de vida dos supercondensadores reais é o impacto da evaporação eletrolítica.

Quando uma tensão é aplicada aos terminais de um condensador eletroquímico, os iões eletrolíticos são movidos para o elétrodo polarizado oposto. Esta ação cria uma camada dupla, com uma única camada de moléculas solventes servindo como um separador entre as duas camadas. A pseudocapaciteção pode emergir se alguns iões adsorbed do eletrólito saírem pela camada dupla. Esta pseudocapaciteção armazena energia elétrica através de reações reversíveis do redox faradaico na superfície de elétrodos apropriados num condensador eletroquímico que tem uma camada dupla elétrica.) devido ao facto de haver apenas uma transferência de encargos a decorrer.

Os estados do elétron de valência, também conhecidos como orbitais, do reagente do elétrodo redox são onde os eletrões que estão envolvidos nos processos farádicos são transportados de ou para. Entram no elétrodo negativo e depois fluem através do circuito externo para o elétrodo positivo, onde encontram uma segunda camada dupla que se desenvolveu com uma quantidade igual de ações. Em vez de serem transmitidos para os alíões que estão construindo a camada dupla, os eletrões que chegam ao elétrodo positivo permanecem nos iões de transição de eletrões famintos que estão na superfície do elétrodo. Em consequência disso, a capacidade de armazenamento da pseudocapacite faradaic é restringida devido à quantidade insuficiente de reagente presente na superfície acessível.

Como todas as reações de pseudocapaciteção ocorrem apenas com iões dessolados, que são muito menores do que os iões solvados com as suas conchas solvating, uma pseudocapacite farádica só pode ocorrer em conjunto com uma capacidade estática de dupla camada. A sua magnitude pode exceder o valor da capacidade de dupla camada para a mesma superfície por um fator de 100, dependendo da natureza e estrutura do elétrodo. Isto deve-se ao facto de uma farada Dentro de algumas limitações limitadas, a quantidade de pseudocapaciteção seguir uma função linear. Estes limites são ditados pelo potencial dependente do revestimento de superfície alcançado pelas ações adsorvadas.

A capacidade dos elétrodos para atingir efeitos de pseudocapaciteção através da utilização de reações redox, intercalação ou electrossupação é altamente dependente da afinidade química dos materiais do elétrodo aos iões que são adsordidos na superfície do elétrodo, além da forma e diâmetro dos poros do elétrodo.

Os materiais que exibem o comportamento do redox para uso como elétrodos em pseudocapacitor são óxidos de metal de transição como RuO2, IrO2 ou MnO2 inseridos por doping no material condutor do elétrodo, como o carbono ativo, além de revestir o material do elétrodo com polímeros condutores como polianilina ou derivados de politifeno.

A quantidade de carga elétrica que pode ser mantida numa pseudocapaciteção é diretamente proporcional à quantidade de tensão que lhe é aplicada. O farad é a unidade de medida para pseudocapaciteção.

Os condensadores convencionais, também conhecidos como condensadores eletrostáticos, consistem em dois elétrodos separados por uma substância dielétrica. Exemplos de condensadores convencionais são condensadores cerâmicos e condensadores de películas. Depois de carregada, a energia é mantida num campo elétrico estático que penetra no dielétrico que está localizado entre os elétrodos. A energia total é proporcional à quantidade de carga acumulada, que por sua vez tem uma relação linear com o potencial (tensão) que existe entre as placas. A intensidade do campo de avaria do dielétrico tem um efeito limitativo na maior diferença potencial que pode existir entre as placas (a tensão máxima). O mesmo princípio de armazenamento estático aplica-se aos condensadores eletrolíticos, apesar de a maior parte da queda