¿Diferencia entre batería y capacitor?

Los condensadores y las baterías (recargables) se pueden usar para almacenar y recuperar energía eléctrica, y ambos se usan para este propósito. Pero la forma en que almacenan energía eléctrica (carga) es diferente, lo que conduce a diferentes características y, por lo tanto, a diferentes casos de uso.

Un capacitor almacena carga directamente en lo que son esencialmente dos placas de conductores. El hecho de que la carga se almacene en conductores la hace fácilmente accesible (baja impedancia, reacción rápida a los cambios), pero el hecho de que su almacenamiento sea esencialmente un par de placas bidimensionales limita severamente la cantidad de energía que se puede almacenar. (Los condensadores de mayor capacidad utilizan un almacenamiento de 2,5 D a expensas de placas mucho menos conductoras). Un capacitor almacena carga, lo que significa que cuando los capacitores se descargan (suministran corriente), su voltaje cae (linealmente cuando la corriente es constante).

Una batería almacena energía en reacciones químicas. Esto significa que la energía se almacena en un volumen 3D, por lo que se puede almacenar mucha más energía, pero como los iones no cambian su velocidad tan rápido como los electrones, una batería no puede responder tan rápido a los cambios de corriente como un capacitor. Las reacciones químicas nunca son perfectamente reversibles, por lo que una batería se desgasta mucho más rápido que un capacitor. Pero una reacción química tiene un 'voltaje de activación' fijo, por lo que el voltaje de una batería permanece (más o menos) igual mientras está descargada.

Por lo tanto, las baterías y los condensadores tienen diferentes casos de uso, que rara vez se superponen. Si necesitas

• alta capacidad => baterías
• voltaje fijo => baterías
• respuesta rápida => condensadores
• Vida útil 'infinita' (componente) => condensadores

De hecho, las baterías a menudo son demasiado lentas para la electrónica, pero los condensadores no podrían almacenar suficiente energía, por lo que en la práctica a menudo desea

• alta capacidad + respuesta rápida => usar baterías + condensadores

La respuesta de Wouter es bastante buena. Agregaría este gráfico:

La densidad de energía es la cantidad de energía que se puede almacenar en un peso dado de producto. La densidad de potencia es la rapidez con la que puede sacar esa energía. Así que puede ver que las tapas electrolíticas de aluminio pueden entregar órdenes de magnitud más potencia que cualquier tecnología de batería en el gráfico, y la energía almacenada por las baterías es órdenes de magnitud más alta que los electrolíticos de aluminio. Ultracaps están en algún punto intermedio.

La densidad de potencia del condensador está limitada por la ESR. La mayoría de los condensadores pueden sobrevivir a un cortocircuito total (al menos una vez), pero la corriente total disponible está limitada en gran medida (aunque no del todo) por las interconexiones dentro del propio condensador.

Además, las curvas de descarga de voltaje son diferentes. Una batería de iones de litio tiende a mantener su voltaje relativamente constante hasta que se descarga casi por completo.

Un capacitor bajo una carga de potencia constante, por otro lado, cae rápidamente en voltaje.

Supongamos que nuestra carga tiene un voltaje de caída de dos voltios. La batería de iones de litio soportará esa carga hasta que se descargue casi por completo; una preocupación mayor es descargar la batería tanto que la destruya. Sin embargo, el ultracap caerá de 3 V a 2 V y aún tendrá casi la mitad de la energía cargada total en el capacitor, que no está disponible para nosotros debido a la caída del voltaje del teléfono. Entonces, no solo la densidad de energía total del capacitor es mucho más baja que la de la batería, sino que ni siquiera podemos usar toda la energía que hay allí.

Por lo tanto, no podemos usar capacitores de manera efectiva en nuestros teléfonos celulares porque el teléfono duraría una décima parte (probablemente menos) o sería diez veces más grande (probablemente más).

Otras respuestas hablan sobre el uso práctico de los condensadores para el almacenamiento de energía, pero en teoría, los condensadores y las baterías son muy diferentes.

Un capacitor ideal es un elemento de circuito con la propiedad de que el voltaje a través de sus terminales es proporcional a la integral de la corriente que fluye a través del dispositivo:

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor#Current.E2.80.93voltage_relation

Una batería, por otro lado, es una buena aproximación de una resistencia de pequeño valor en serie con una fuente de voltaje ideal . Es decir, el voltaje en los terminales de una batería es mayormente independiente de la corriente. (excepto por la pequeña caída proporcional debida a la resistencia interna).

https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_source