Renzo Emili
Sito in Costruzione
Modello
La Città Elettrica
Fig.1. Shanghai, 2006. Bus sperimentali alimentati da supercapacitori ripresi durante la sosta in
fermata per l’operazione di ricarica prima dell’inizio della corsa inaugurale. Per la ricarica è
utilizzato uno speciale pantografo bipolare a contatto con un tratto della linea elettrica sospesa.
Definizione Wikipedia:
“Un supercondensatore (detto anche supercapacitore) è un particolare condensatore che ha la
caratteristica di accumulare una quantità di carica elettrica eccezionalmente grande rispetto ai
condensatori tradizionali. Infatti mentre questi ultimi hanno valori di capacità dell'ordine dei mF, i
supercondensatori posso arrivare oltre i 5000 F. Sono dispositivi di conversione ed accumulo
dell'energia caratterizzati da elevate potenze specifiche ed energie di gran lunga superiori rispetto ai
condensatori convenzionali.”

Un supercondensatore è costituito dai due elettrodi metallici, presenti anche nei
condensatori tradizionali. Tali elettrodi sono immersi in un elettrolita, ma, a differenza
dei normali condensatori, tra di essi è interposto un setto di separazione costituito da
materiale ceramico poroso atto a consentire all’interno della cella la mobilità degli ioni,
impedendo nel contempo la conducibilità degli elettroni. Inoltre sui due stessi elettrodi
è disposto un substrato attivo di natura porosa (carbonio o speciali ossidi metallici) che,
di fatto, amplifica dell’ordine di centomila la superficie dei due detti elettrodi, i quali
invece in un condensatore normale si ridurrebbero a due semplici superfici piane
contrapposte.
Come si può osservare in fig.3 i supercondensatori, nel grafico denominati anche Ultracapacitors, hanno la potenziale  possibilità futura di immagazzinare energia fino ad un livello paragonabile alle batterie Piombo-Acido (30 Wh/kg), mentre al momento quelli in commercio non superano i 4 Wh/kg. La densità di potenza erogabile (W/kg) potrà essere oltre 1000 volte superiore. Già a oggi i tempi di ricarica si limitano all’ordine di qualche decina di secondi, a fronte  delle ore richieste dalle diverse tipologie di batterie elettrochimiche.
Queste caratteristiche rendono tali dispositivi molto promettenti per muovere bus (fig.1) e tram (figg. 4,5,6 e 7) lungo tratte comprese tra fermate provviste di presa d’energia, utilizzando i tempi di sali/scendi dei passeggeri per la loro ricarica.
Fig.4: Siviglia, il tram CAF percorre la tratta (circa 500m) antistante la “Catedral de Santa María de la Sede de Sevilla alimentato da super capacitori.
Foto gentilmente concessa dall’Ing. Giovanni Mantovani.
Fig.6: Saragoza, il tram percorre un tratto di linea (circa 2,2 km) traendo energia dai supercapacitori.
Foto gentilmente concessa dall’Ing. Giovanni Mantovani
Fig.5: Zaragoza, uno dei power switching systems  situati nelle fermate sul percorso catenary-free per la ricarica dei supercapacitori tram CAF (circa 2,2 Km messi in esercizio nella primavera del 2013 nell’ambito del prolungamento della linea 1).
Foto gentilmente concessa dall’Ing. Giovanni Mantovani.
Nel 2006 lo stato dell’arte in materia di supercapacitori era sintetizzabile con il grafico “radar” di fig. 8. In questo grafico sono rappresentate sette specifiche tecnico-economiche che complessivamente definiscono lo stato di maturazione tecnico-commerciale della tecnologia degli ultracapacitori . Con il segno di colore blu sono indicati valori di target ritenuti necessari perché questa tecnologia si possa affermare sul mercato,  con il segno in colore rosso i valori effettivamente conseguibili nel medesimo anno di osservazione.
I valori di target erano:

• 1. Densità di potenza ; 700 W/kg
• 2. Disponibilità della densità di energia accumulabile; 3,3Wh/Kg
• 3. Disponibilità della densità di energia volumetrica; 5Wh/l
• 4. Range operativo di temperatura; -30 +52 °C
• 5. Cicli di vita; 750.000
• 6. Autoscarica ; 4% Energia max in 72 h
• 7. Prezzo di vendita; 1,8 $/Wh
Fig.7: Germania, Mannheim: Il sistema Mitrac di Bombardier  basato su condensatori a doppio strato per il recupero dell’energia di frenature è stato testato sin dal 2003 dall’azienda dei trasporti di Mannheim. Dai risultati divulgati da Bombardier il sistema consentirebbe una riduzione del consumo  di energia valutata intorno al 30%, oltre che consentire di percorrere brevi tratti  senza linea di contatto.
Si osserva che il prezzo di vendita e il coefficiente di autoscarica nel 2006 erano situati su rates molto bassi. In proposito a tutt’oggi non risultano allo scrivente grandi miglioramenti.
Fig.2
Lo schema del supercondensatore è rappresentato in fig.2 in cui sono anche esemplificate le fasi di carica e scarica.

Fig. 2
Fig. 3
Fig. 8