Supercondensadores: la energía se une con la eficiencia

En la industria, especialmente en la logística de almacenes, es fundamental contar con un suministro eléctrico estable, como l importancia que demuestra en sus aplicaciones móviles como los escáneres portátiles. Los supercondensadores (supercaps) proporcionan soluciones de almacenamiento de energía que complementan de forma inteligente los conceptos convencionales de las baterías. Leuze utiliza esta tecnología de forma específica en sus innovadoras soluciones de sensores.

Todo depende de la aplicación: escaneos independientes o funcionamiento continuo
Los escáneres portátiles se utilizan en diferentes situaciones, cada una de las cuales impone requisitos distintos al suministro de energía de los dispositivos. Para escaneos individuales, que a menudo se requieren en áreas de almacenamiento o durante la realización de inventarios, el escáner portátil solo necesita un alto rendimiento máximo durante un breve periodo de tiempo. Los dispositivos suelen estar aparcados en estaciones de carga y deben volver a estar plenamente operativos al cabo de unos segundos. En este caso, es especialmente importante que el sistema de almacenamiento de energía se cargue rápidamente para que esté disponible de inmediato cuando sea necesario. En cambio, un escáner portátil que se va a utilizar durante un largo periodo de tiempo tiene requisitos diferentes. En el trabajo por turnos en almacenes o entornos de producción, donde el dispositivo funciona de forma continua durante varias horas, el tiempo de funcionamiento es el factor decisivo. El escáner portátil debe funcionar durante toda la jornada laboral con una sola carga, sin necesidad de cargarlo regularmente. En estos escenarios, la densidad energética del sistema de almacenamiento de energía desempeña un papel más importante, ya que se requiere un suministro de energía constante durante períodos de tiempo más largos.

En ambos casos, la tecnología de almacenamiento de energía es crucial: no solo afecta al rendimiento del dispositivo, sino también a su tiempo de funcionamiento y a su eficiencia energética. Dependiendo del caso de aplicación, un supercondensador o una batería en forma de acumulador puede ofrecer la mejor solución posible.

Supercondensador frente a batería: ventajas y desventajas
Un supercondensador se abrevia como supercap y en ocasiones, también se llama ultracondensador. Un supercondensador es un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que destaca por su capacidad de carga y descarga especialmente rápida. Almacena energía principalmente de forma electrostática, es decir, separando las cargas eléctricas en la interfaz entre el electrodo y el electrolito. Por otro lado, las baterías almacenan energía de forma electroquímica, es decir, mediante reacciones químicas en la química de la celda. La principal ventaja de un supercondensador es que se puede cargar completamente en cuestión de segundos para proporcionar una potencia muy alta en poco tiempo. Esto hace que la tecnología sea ideal para aplicaciones con requisitos energéticos a corto plazo o para suplir cortes de energía. Aunque la densidad energética de un supercondensador es inferior a la de las baterías, puede recargarse más de un millón de veces. Una batería convencional, en cambio, solo dura hasta unos 2000 ciclos de carga Además, su vida útil de hasta 15 años es mucho más larga que la de una batería de iones de litio. Por lo tanto, los supercondensadores ofrecen una solución fiable, de bajo mantenimiento y respetuosa con el medio ambiente para una amplia gama de requisitos industriales, especialmente cuando se requiere velocidad y disponibilidad.

Tipos de supercondesadores
Los supercondensadores se pueden dividir en diferentes tipos en función de los métodos de 1/3 almacenamiento, los materiales utilizados y sus propiedades técnicas. En aplicaciones industriales, especialmente en dispositivos móviles como los escáneres portátiles, predomina el denominado tipo EDLC (condensador electroquímico de doble capa). Combina una estabilidad de ciclo especialmente alta, tiempos de carga cortos y un diseño robusto. El pseudocondensador es menos habitual:

• EDLC (condensador electroquímico de doble capa)
• Almacena energía de forma puramente electrostática, sin reacciones químicas
• Utiliza electrodos de carbón activo • Estabilidad de ciclo muy alta (>1 millón de ciclos)
• Tiempo de carga corto, robusto y duradero
• → Tipo estándar en dispositivos industriales y móviles

Pseudocondesador
• Además de la doble capa, reacciones redox en el electrodo
• Mayor densidad energética, pero menor durabilidad en ciclos
• • Electrodos fabricados, por ejemplo, con óxidos metálicos o polímeros conductores
• Más caro y más sensible
• → Se utiliza principalmente en aplicaciones especiales o de investigación

Estructura del supercondensador EDLC
Básicamente, un supercondensador EDLC consta de dos electrodos altamente porosos, a menudo fabricados con carbón activo. Estos electrodos están separados entre sí por un separador y sumergidos en un electrolito conductor. Cuando se aplica voltaje, se forma una capa doble eléctrica en la interfaz entre los electrodos y el electrolito. Las cargas positivas y negativas se acumulan unas frente a otras, sin que se produzca ninguna reacción química. La doble capa constituye la base para el almacenamiento de energía. Por lo tanto, estos supercondensadores también se conocen como condensadores de doble capa. Los conductores de corriente conducen la energía desde los electrodos hacia el exterior. Una carcasa herméticamente sellada, normalmente fabricada en aluminio o plástico, protege la celda de las influencias ambientales.

El voltaje nominal de una celda de supercondensador suele estar entre 2,3 y 2,7 voltios. Las celdas con un voltaje nominal de 2,7 voltios y una capacidad de 5 a 50 faradios se utilizan generalmente en componentes industriales compactos, como los escáneres portátiles. Un faradio (F) indica la cantidad de carga eléctrica que un condensador puede almacenar por voltio: cuanto mayor sea el valor, más energía estará disponible a corto plazo. Estos tamaños ofrecen una relación óptima entre volumen de almacenamiento, volumen de construcción y peso. Permiten absorber de forma fiable los picos de demanda a corto plazo, por ejemplo, al iniciar un proceso de escaneo o enviar datos.

Solución ligera, cargada en un santiamén
Los escáneres portátiles multifuncionales para la detección de códigos de barras están diseñados para aplicaciones cortas, pero de alto rendimiento. La tecnología Supercap proporciona a los escáneres energía suficiente para funcionar entre varios segundos y unos pocos minutos. Los dispositivos se recargan muy rápidamente. Por ello, los escáneres portátiles con tecnología supercap son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren escaneos individuales regulares. Leuze aprovecha al máximo la tecnología con sus dispositivos supercondensadores inalámbricos de la serie IT 1960. Como no necesitan batería, los dispositivos son muy ligeros: un escáner portátil supercapacitivo de la serie IT 1960, por ejemplo, pesa solo 220 gramos. Esto supone una ventaja ergonómica notable y facilita el manejo en el uso diario. Si, por el contrario, se requieren muchos escaneos en poco tiempo, se recomiendan dispositivos con batería o cable. Leuze también cuenta con modelos adecuados para ello en su cartera con la serie IT 1960.

Mucho más resistentes que las baterías
Los supercondensadores no solo destacan por su capacidad de carga rápida, sino que también por su resistencia especial a las influencias ambientales. Los supercondensadores típicos funcionan de manera fiable incluso a temperaturas bajo cero de dos dígitos sin ninguna caída notable en el rendimiento. Las baterías de iones de litio son, por otra parte, mucho más sensibles al frío. Además, al igual que los condensadores eléctricos, los supercondensadores no se ven afectados por el nuevo Reglamento de la UE sobre baterías (2023/1542) que establece requisitos claros para la comercialización, el uso y el reciclaje de baterías en la UE. Mientras que las baterías a menudo deben someterse a mantenimiento o sustituirse y luego desecharse adecuadamente, los supercondensadores suelen poder permanecer en el dispositivo de forma permanente. Esto es así incluso con tiempos de funcionamiento de hasta 15 años. Hay otra razón por la que los supercondensadores resultan atractivos para las empresas con estrategias de adquisición orientadas a la sostenibilidad: no contienen materias primas dañinos como el litio o el cobalto.

Resumen
En general, la tecnología de los supercondensadores no sustituye a las baterías. Sin embargo, es una alternativa más eficiente para ciertas aplicaciones, y por ello, Leuze utiliza esta tecnología de forma específica para soluciones como los escáneres portátiles multifuncionales. Carga extremadamente rápida en solo unos segundos, un número significativamente mayor de ciclos de carga y un peso reducido facilitan su manejo. Por último, pero no menos importante, los operadores del sistema se benefician de un ahorro de costes en comparación con los dispositivos alimentados por baterías.

El autor

Dieter Eßlinger
Product Launches & Sales Coordination
Leuze electronic GmbH + Co. KG
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Web: www.leuze.com

www.leuze.com