Los capacitores han venido desarrollándose y aumentando su capacidad de almacenamiento de carga.
Debido al consumo cada vez más elevado de energía en estas épocas, se ha buscado fabricar dispositivos que almacenan energía utilizando distintos tipos de materiales, que sean fáciles de fabricar, de bajo costo y que puedan llegar a ser flexibles, es decir, que puedan ser doblados, para que éstos puedan adaptarse a múltiples superficies y objetos.
Los dispositivos de almacenamiento de energía más conocidos son las baterías y los capacitores. Mientras que las baterías almacenan energía mediante reacciones de oxidación y reducción entre ciertos electrodos y electrolitos, los capacitores almacenan mayoritariamente la energía mediante fuerzas eléctricas entre dos electrodos conductores de electricidad, los cuales son separados por un material dieléctrico, el cual es un aislante de la electricidad y no permite que haya contacto entre los electrodos.
Esto permite que, al polarizar los electrodos mediante una batería, uno positivamente y otro negativamente, éstos puedan almacenar carga eléctrica debido a las fuerzas de atracción eléctrica entre los electrodos, generando así un campo eléctrico entre ellos y de esa manera almacenar energía.
La evolución de los primeros capacitores llevó al reemplazo del dieléctrico por un electrolito (que es una solución que contiene iones libres) y un separador aislante de electricidad. Los electrolitos, al tener iones, que son partículas cargadas positiva o negativamente, se mueven al electrodo que está conectado a la terminal de la batería cargada opuestamente produciendo un mecanismo llamado capacitancia de doble capa, debido a ello, el capacitor presenta una alta cantidad de energía almacenada, por lo tanto, una mayor capacitancia, la cual tiene como unidad los Faradios y nos dice qué tanta carga eléctrica, y por lo tanto, energía, puede almacenar un capacitor.
Los capacitores han venido desarrollándose y aumentando su capacidad de almacenamiento de carga, mediante la fabricación de electrodos porosos, principalmente formados por materiales con base en carbono, como el carbón activado, el cual ha estado sometido a altas temperaturas para hacer una superficie muy porosa. Esta porosidad nos permite que el electrolito penetre los poros del electrodo y así tener una mayor área de contacto con el electrolito, teniendo una mayor cantidad de iones adsorbidos al electrodo de carbono y lograr así una muy alta capacitancia, por lo que estos dispositivos han sido llamados supercapacitores o ultracapacitores. Estos dispositivos presentan capacitancias de alrededor de los cientos de Faradios, mucho mayores que aquellas que presentan, por ejemplo, los capacitores cerámicos, que ofrecen capacitancias en el orden de los microfaradios (millonésimas de Faradio) y los capacitores electrolíticos, pero con electrodos metálicos, que arrojan capacitancias generalmente en el orden de las milésimas de Faradio.
A pesar de que las baterías puedan almacenar generalmente más de 10 veces la energía que un supercapacitor, éstos últimos pueden entregar la energía generalmente hasta 10 veces más rápidamente que una batería. Debido a ello, los supercapacitores tiene una alta densidad de potencia (lo que permite cargar y descargar más rápido el dispositivo) y que la batería tiene una alta densidad de energía (la capacidad de energía que puede almacenar es mayor), por lo que se ha propuesto que ambos (baterías y capacitores) puedan utilizarse conjuntamente, pues se complementan uno al otro. Al poder suministrar rápidamente la energía, los supercapacitores son un excelente complemento para las baterías, siendo que esta combinación de dispositivos ya está en vías de ser implementada en muchas aplicaciones, principalmente en el sistema de arranque de vehículos eléctricos. Las baterías funcionan bien si se necesita la entrega de poca corriente en un lapso grande de tiempo, pero al contrario, si se necesita suministrar mucha corriente en un lapso muy corto de tiempo, tal como en el arranque de vehículos eléctricos, el supercapacitor es necesario.
Últimamente, como una alternativa a los electrodos de carbón poroso, se han venido desarrollando electrodos en base de polímeros conductores de electricidad que podrían reemplazar o bien, complementar al carbón poroso, teniendo la ventaja con respecto al carbón de que son materiales flexibles, es decir, que pueden ser doblados. Al ser conductores de electricidad, estos polímeros funcionan como electrodos en supercapacitores, y además de presentar capacitancia de doble capa, presentan también procesos de oxidación y reducción, que al igual que las baterías, producen almacenamiento de energía.
El siguiente proceso para el uso de polímeros conductores como electrodos en supercapacitores es hacer que éstos sean porosos y tengan una mayor área de contacto con el electrolito. Para ello, distintos métodos han sido estudiados para poder modificar la superficie y hacerla porosa. En los laboratorios de CIDETEQ se trabaja con la técnica de electrohilado, la cual es una técnica electrostática para la fabricación de fibras poliméricas, al aplicar un campo eléctrico a una solución que contiene un polímero, deformando así el polímero y formando una fibra con diámetros en el orden de los nanómetros hasta los micrómetros, generando así electrodos poliméricos porosos que además presentan una alta área superficial. En la imagen se ve un electrodo de fibras de polianilina fabricada en CIDETEQ, uno de los polímeros conductores más usados en aplicaciones de almacenamiento de energía, así como una foto de un supercapacitor flexible basado en estas fibras.
El tener electrodos porosos en base de polímeros, permitirá tener en un futuro, supercapacitores con alta densidad de energía, que, aunado a la alta densidad de potencia propia de los supercapacitores, generarán dispositivos de almacenamiento flexibles que se espera que tengan su aplicación en un futuro próximo como complemento a las baterías en sistemas automotrices.