Supercondensatori e il loro ruolo nell'automazione industriale

I supercondensatori sono una forma innovativa e rivoluzionaria di immagazzinare energia che accresce le capacità dei condensatori tradizionali. Trovano sempre più applicazioni nell'industria e nel settore logistico.

Cos’è un supercondensatore?

I supercondensatori, detti anche condensatori elettrochimici o condensatori a doppio strato, sono sistemi costituiti da coppie di piastre conduttrici separate da un materiale dielettrico. Hanno una capacità anche migliaia di volte maggiore di quella dei condensatori elettrolitici e la loro velocità di carica e scarica è direttamente proporzionale alla loro capacità.

I primi supercondensatori, di appena un farad, vennero realizzati negli anni '70 e '80 e la multinazionale giapponese NEC iniziò a commercializzarli nel 1978 per supportare la memoria dei computer. Tuttavia, questi dispositivi raggiungevano già una capacità di 5.000 F superando le prestazioni delle batterie grazie alla loro elevata potenza e maggiore stabilità dopo lunghi cicli di utilizzo.

Vantaggi dei supercondensatori

• Tempi di ricarica più brevi. Come i condensatori tradizionali, anche i supercondensatori richiedono determinati tempi per caricarsi e scaricarsi. Nonostante ciò, potrebbe trattarsi di minuti anziché di ore.
• Più energia in meno tempo. Un supercondensatore immagazzina meno energia di una batteria, ma ne fornisce una quantità maggiore al consumatore nello stesso periodo di tempo.
• Sicurezza. A differenza delle batterie elettrochimiche, che sono intrinsecamente instabili di fronte a variabili esterne come la temperatura, questi dispositivi non possono esplodere.

Come funzionano i supercondensatori?

I supercondensatori accumulano energia in forma elettrostatica, ma la conservano e la rilasciano in modo diverso rispetto alle batterie. Sono costituiti da tre componenti chiave:

• Elettrodi. Sono due lamine opposte che generano un'attrazione per le cariche elettriche: una attrae le cariche positive e l'altra le cariche negative. La quantità di carica elettrica immagazzinata da un supercondensatore (capacità o capacitanza) è proporzionale alla dimensione delle piastre e inversamente proporzionale alla distanza tra di esse.
• Elettrolita. Le piastre sono immerse in un liquido per favorire il movimento delle cariche elettriche nel supercondensatore. Inoltre, l'elettrolita fornisce conduttività e isolamento.
• Isolante. I due elettrodi sono fisicamente separati da uno strato che impedisce sia alle superfici che alle cariche di entrare in contatto prima del tempo. L'isolante crea un campo magnetico che facilita l'immagazzinamento di grandi quantità di energia elettrostatica. 

Supercondensatori vs. batterie

I supercondensatori hanno un’efficienza energetica maggiore rispetto alle batterie. Vengono usati per generare picchi di potenza e sono fabbricati con materiali atossici e non corrosivi generando così meno residui.

A cosa servono i supercondensatori?

Per le loro caratteristiche, i supercondensatori sono utili in molteplici settori e le loro applicazioni sono diverse:

• Sostegno energetico. Soddisfano i picchi di domanda senza causare sovraccarichi nella rete elettrica, diminuendo così l'energia e coprendo le interruzioni di fornitura di breve durata.
• Pannelli solari e altre energie rinnovabili. I supercondensatori agiscono come stabilizzatori di tensione.
• Veicoli. Oltre ad essere una fonte di energia per l'avviamento di grandi motori, possono far parte dei freni rigenerativi nei camion diesel o nelle locomotive e sono compatibili anche con le auto ibride e i sistemi a idrogeno.

Dove vengono utilizzati i supercondensatori in un magazzino?

Questa tecnologia trova posto anche in settori strettamente legati alla logistica e alla produzione. Uno dei maggiori esempi è il campo dell’automazione industriale.

I sistemi di stoccaggio intensivo sempre più presenti nei magazzini, come i Pallet Shuttle automatici, impiegano i supercondensatori come principale fonte di energia (almeno quando vengono fabbricati dai migliori produttori). In questo modo le navette che movimentano i pallet sono sempre disponibili e possono funzionare ininterrottamente 24 ore su 24. Aziende come United Caps e Panificadora de Alcalá li hanno già integrati nelle loro installazioni.

I supercondensatori proteggono macchinari e attrezzature da brusche interruzioni della fornitura elettrica, ottimizzano l'efficienza operativa e contribuiscono alla creazione di ambienti produttivi efficienti, rendendoli un'opzione accertata nel campo della logistica e della produzione.

Supercondensatori in evoluzione

Dopo la loro invenzione negli anni '70, i supercondensatori continuano a incorporare miglioramenti e nuovi materiali. I ricercatori dell’Università Tecnica di Monaco hanno così sviluppato un supercondensatore al grafene altamente efficiente. Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology, invece, hanno creato un supercondensatore che funziona con tre materiali primitivi ampiamente usati fin dall'Impero Romano: acqua, cemento e nerofumo. 

Questa invenzione potrebbe avere importanti applicazioni nel settore della fornitura di energia e nella manutenzione delle reti di distribuzione elettrica se, ad esempio, venisse introdotta nelle fondamenta delle case. Inoltre, si sta già lavorando nella sua applicazione in satelliti per comunicazioni, nel controllo di volo e nella propulsione elettrica dei veicoli spaziali.

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