Os capacitores possuem diversas propriedades excelentes. Para começar, armazenam energia como carga elétrica em vez de energia química. Isso geralmente permite tempos de carregamento quase instantâneos e correntes de pico de saída muito altas. Eles podem suportar centenas de milhares de ciclos de carga e descarga, em vez das centenas de ciclos das baterias completas. Então, qual é o problema?
Uma bateria fornece uma voltagem relativamente constante durante uma longa vida útil. Dependendo do dispositivo, você pode ter problemas de desempenho perto do fim da vida útil da bateria. Os smartphones, por exemplo, entram em modo de economia de energia. Isso não serve apenas para prolongar um pouco a duração da bateria, mas também para evitar desligamentos repentinos sem aviso prévio.
Como você pode ver, a voltagem cai à medida que a bateria se aproxima do fim da sua vida útil. No seu telefone, existe um circuito de conversão de energia, parte do sistema de gerenciamento de energia, que converte a energia da bateria, que não é exatamente constante, em uma energia do sistema muito bem regulada (provavelmente uma série de voltagens diferentes). Observe que há uma relação importante aqui: potência = corrente * voltagem. Portanto, para manter a mesma potência, à medida que a voltagem cai, meu circuito precisa consumir mais corrente.
Toda bateria possui uma pequena resistência interna e, devido a outra relação, chamada Lei de Ohm, sabemos que haverá uma queda de tensão na bateria. No diagrama, Vout = V0 − r * I, onde I é a corrente. Assim, à medida que V0 diminui e o circuito de gerenciamento de energia precisa consumir mais corrente para fornecer a mesma potência, a tensão de saída da bateria cai ainda mais rapidamente. Isso limita a corrente máxima de saída de uma bateria e também significa que elas se esgotam rapidamente quando estão próximas da exaustão.
Mas a tensão de saída, a corrente de pico e a potência total em um capacitor diminuem exponencialmente com o tempo. O capacitor tem uma vantagem: ele armazena carga elétrica, em vez de converter carga elétrica em carga química como em uma bateria; portanto, embora haja uma resistência interna, ela é ínfima e geralmente pode ser ignorada. Os capacitores podem fornecer correntes muito, muito altas por um curto período de tempo.
Mas, para alimentar um dispositivo, eles são problemáticos. Lembre-se do meu desejo de manter uma alimentação constante no meu sistema de gerenciamento de energia, e que potência = corrente * tensão. À medida que nossa tensão cai rapidamente, temos que compensar com uma corrente que aumenta rapidamente para fornecer a mesma potência. Correntes muito altas tornam o circuito muito mais caro, exigem componentes de conversão de energia maiores, aumentam as perdas de energia nas placas de circuito, etc... o mesmo problema básico que a bateria apresenta perto do fim de sua vida útil, só que isso começa a acontecer muito cedo no período em que o capacitor ainda armazena energia. E, à medida que o capacitor se descarrega, a corrente de pico, embora ainda relativamente alta, também diminui.
Outro problema é que os ultracapacitores modernos têm uma energia específica muito menor do que as baterias. Os melhores ultracapacitores do mercado atingem 8-10 Wh/kg, a maioria fica em torno de 5 Wh/kg. As melhores baterias de íon-lítio chegam perto de 200 Wh/kg, e muitas formulações podem ultrapassar 100 Wh/kg. Portanto, você precisa de cerca de 20 vezes o peso para usar ultracapacitores. Mas possivelmente mais, já que em algum ponto durante a descarga, dependendo da aplicação, a tensão cairá a um nível inutilizável, deixando energia sem uso. Além disso, diferentemente dos capacitores tradicionais, os ultracapacitores também têm uma resistência interna relativamente alta. Assim, eles não conseguem suportar muita conversão de tensão em corrente.
Depois, há a autodescarga: a rapidez com que a energia "vaza" de um dispositivo de armazenamento. As únicas células NiMH são robustas, mas apresentam uma autodescarga de até 20-30% ao mês. As células de íon-lítio reduzem isso para algo em torno de <2% ao mês, dependendo da tecnologia específica de íon-lítio, talvez 3% em alguns sistemas, dependendo da sobrecarga de monitoramento da bateria. Os ultracapacitores atuais perdem até 50% da carga no primeiro mês. Isso pode não ser um problema em um dispositivo que é recarregado diariamente, mas limita bastante os casos de uso de capacitores em comparação com baterias, pelo menos até que projetos melhores sejam criados.
E como são necessários muitos, o custo atual dos ultracapacitores pode ser de 6 a 20 vezes maior que o das baterias. Se a sua aplicação exigir uma potência de saída muito baixa, principalmente com picos de corrente muito curtos e elevados, o ultracapacitor pode ser uma opção. Caso contrário, não será um substituto para baterias num futuro próximo.
Para aplicações de alta corrente, como carros elétricos, ainda não é uma opção realmente útil como solução independente. No entanto, sistemas que utilizam tanto ultracapacitores quanto baterias podem ser interessantes, já que suas diferenças são muito complementares: a alta transferência de corrente e a longa vida útil do capacitor versus a alta energia específica/densidade de energia da bateria. E há muito trabalho sendo feito para desenvolver ultracapacitores e baterias muito melhores. Então, talvez um dia o ultracapacitor assuma mais das funções típicas de uma bateria.
Artigo de: https://qr.ae/pCacU0
Data da publicação: 06/01/2026