Los años pioneros en la historia de los capacitores fueron una época en la que los capacitores se usaban principalmente para obtener una comprensión temprana de la electricidad, incluso antes del descubrimiento del electrón. También era un momento para hacer demostraciones de salón, como tener una fila de personas cogidas de la mano y descargar un condensador a través de ellas. La era moderna de los capacitores comienza a fines del siglo XIX con el amanecer de la era de la aplicación práctica de la electricidad, que requiere capacitores confiables con propiedades específicas.

BOTES DE LEYDEN

Marconi con aparato transmisor, Publicado en LIFE [Dominio público], a través de Wikimedia Commons

Uno de esos usos prácticos fue en los transmisores de vía de chispa inalámbricos de Marconi que comenzaron justo antes de 1900 y en la primera y segunda década. Los transmisores generaron un alto voltaje para descargar a través de un espacio de chispas y, por lo tanto, usaron capacitores de porcelana para soportar ese voltaje. También se requería alta frecuencia. Estos eran básicamente frascos de Leyden y para obtener las capacitancias requeridas se necesitaba mucho espacio.

MICA

En 1909, William Dubilier inventó capacitores de mica más pequeños que luego se usaron en el lado receptor para los circuitos resonantes en el hardware inalámbrico.

Los primeros condensadores de mica eran básicamente capas de mica y láminas de cobre unidas como lo que se denominaba "condensadores de mica sujetados". Sin embargo, estos condensadores no eran muy confiables. Al ser solo láminas de mica presionadas contra láminas de metal, había espacios de aire entre la mica y las láminas. Esa brecha permitió la oxidación y la corrosión, y significó que la distancia entre las placas estaba sujeta a cambios, alterando la capacitancia.

En la década de 1920 se desarrollaron condensadores de mica plateada, en los que la mica está recubierta por ambos lados con el metal, eliminando los espacios de aire. Con una fina capa de metal en lugar de láminas más gruesas, los condensadores también podrían hacerse más pequeños. Estos eran muy confiables. Por supuesto que no nos detuvimos allí. La era moderna de los condensadores ha estado marcada por un avance tras otro en una historia fascinante. Vamos a ver.

CERÁMICO

MLCC alrededor de un microprocesador. Por Elcap [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons

En la década de 1920, la mica no era tan abundante en Alemania, por lo que experimentaron con nuevas familias de condensadores cerámicos y descubrieron que el dióxido de titanio (rutilo) tenía una dependencia lineal de la capacitancia con la temperatura para compensar la temperatura y podía reemplazar a los condensadores de mica. Se produjeron en pequeñas cantidades al principio y en cantidades mayores en la década de 1940. Consistían en un disco metalizado por ambas caras.

Para obtener mayor capacitancia se utilizó otra cerámica, titanato de bario, que tenía 10 veces la permitividad de la mica o el dióxido de titanio. Sin embargo, tenían parámetros eléctricos menos estables y podían reemplazar a la mica solo donde la estabilidad era menos importante. Esto se mejoró después de la Segunda Guerra Mundial.

Una empresa estadounidense lanzada en 1961 fue pionera en el condensador cerámico multicapa (MLCC), que era más compacto y tenía una mayor capacitancia. A partir de 2012, se producen más de 10 ^ 12 MLCC de titanato de bario cada año.

ELECTROLITICOS DE ALUMINIO

Capacitor electrolítico

En la década de 1890, Charles Pollak descubrió que una capa de óxido en un ánodo de aluminio era estable en una solución neutra o alcalina y obtuvo una patente en 1897 para un condensador de aluminio con electrolito de bórax. Los primeros condensadores electrolíticos "húmedos" aparecieron brevemente en las radios en la década de 1920, pero tenían una vida útil limitada. Fueron llamados "húmedos" debido a su alto contenido de agua. Básicamente eran un recipiente con un ánodo de metal sumergido en una solución de bórax u otro electrolito disuelto en agua. El exterior del contenedor actuó como la otra placa. Estos se utilizaron en grandes centrales telefónicas para reducir el ruido de los relés.

La patente del ancestro moderno del capacitor electrolítico fue presentada en 1925 por Samual Ruben. Colocó un electrolito similar a un gel entre el ánodo recubierto de óxido y la segunda placa, una lámina de metal, eliminando la necesidad de un recipiente lleno de agua. El resultado fue el condensador electrolítico "seco". Otra adición fue un espacio de papel entre las vueltas de las láminas. Todo esto redujo significativamente el tamaño y el precio.

En 1936, la empresa Cornell-Dubilier presentó sus condensadores electrolíticos de aluminio, incluidas mejoras como la rugosidad de la superficie del ánodo para aumentar la capacitancia. Hydra-Werke, una empresa de AEG, comenzó la producción en masa en Berlín, Alemania al mismo tiempo.

Después de la Segunda Guerra Mundial, el rápido desarrollo de la tecnología de radio y televisión condujo a mayores cantidades de producción, así como a una variedad de estilos y tamaños. Las mejoras incluyeron la reducción de las corrientes de fuga y la resistencia en serie equivalente (ESR), rangos de temperatura más amplios y vidas útiles más largas mediante el uso de nuevos electrolitos basados ​​en compuestos orgánicos. Otros desarrollos desde la década de 1970 hasta la década de 1990 también incluyeron la reducción de las corrientes de fuga, una mayor reducción de la ESR y temperaturas más altas.

Lo que se conoció como la “plaga de capacitores” ocurrió durante los años 2000 a 2005, posiblemente debido al uso de una receta robada pero sin ciertas sustancias estabilizadoras que condujeron a una falla prematura.

TANTALIO ELECTROLÍTICO

Un condensador de tantalio de montaje superficial. Por Epop [Dominio público], a través de Wikimedia Commons

Los condensadores electrolíticos de tantalio se fabricaron por primera vez con fines militares en la década de 1930. Estos usaban láminas de tantalio enrolladas y un electrolito no sólido. En la década de 1950, Bell Laboratories fabricó los primeros condensadores de tantalio con electrolito sólido. Molieron el tantalio hasta convertirlo en polvo y lo sinterizaron como un cilindro. Al principio se utilizó un electrolito líquido, pero luego descubrieron que el dióxido de manganeso se podía utilizar como electrolito sólido.

Aunque Bell Labs hizo los inventos fundamentales, en 1954 la Sprague Electric Company hizo mejoras en el proceso, produciendo los primeros condensadores de electrolito sólido de tantalio comercialmente viables.

1975 vio la aparición de condensadores electrolíticos de polímero de tantalio con polímeros conductores de conductividad mucho más alta que reemplazan al dióxido de manganeso y conducen a una ESR más baja. NEC lanzó sus condensadores de polímero de tantalio en 1995 para SMD (dispositivos de montaje en superficie) y Sanyo hizo lo mismo en 1997.

El mineral de tantalio está sujeto a choques de precios y dos de esos casos ocurrieron en 1980 y 2000/2001. Este último impacto condujo al desarrollo de condensadores electrolíticos de niobio con electrolito de dióxido de manganeso que ofrece propiedades aproximadamente iguales a las de los condensadores de tantalio.

PELÍCULA DE POLÍMERO

Condensadores de película. Elcap [CC-BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons

El condensador de papel metalizado fue patentado en 1900 por GF Mansbridge. El metalizado se realizó revistiendo el papel con un aglutinante relleno de partículas metálicas. Estos se usaban comúnmente a principios del siglo XX como capacitores de desacoplamiento en telefonía (telecomunicaciones). Durante la Segunda Guerra Mundial, Bosch mejoró el proceso y los fabricó recubriendo el papel con laca y utilizando la deposición de metal al vacío para recubrirlo. Alrededor de 1954, Bell Labs fabricó una película de laca metalizada de 2,5 um de espesor separada del papel, lo que resultó en condensadores mucho más pequeños. Este puede considerarse el primer condensador de película de polímero.

La investigación en plástico realizada por químicos orgánicos durante la Segunda Guerra Mundial dio como resultado que esto fuera más allá. En 1954, el primer
capacitor de mylar fue uno de esos. Mylar fue registrado por Dupont en 1952 y es un PET (tereftalato de polietileno) muy fuerte. En 1954 se produjo un condensador de película de mylar metalizado de 12 um. Para 1959 la lista incluía condensadores fabricados con polietileno, poliestireno, politetrafluoroetileno, PET y policarbonato. En 1970, las empresas eléctricas utilizaban condensadores de lámina de película sin papel.

DOBLE CAPA (SUPERCONDENSADORES)

Supercondensadores, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons

Eso nos lleva al último de nuestros tipos de capacitores, y bastante emocionantes con capacitancias de miles de faradios. A principios de la década de 1950, las investigaciones de General Electric utilizaron su experiencia con pilas de combustible y baterías recargables para experimentar con condensadores con electrodos de carbono poroso. Esto llevó a H. Becker a patentar el condensador como un "condensador electrolítico de bajo voltaje con electrodos de carbono porosos", sin comprender el principio detrás de él que conduce a la capacidad extremadamente alta. GE no siguió adelante.

Standard Oil of Ohio desarrolló otra versión y finalmente la autorizó en la década de 1970 a NEC, quien finalmente la comercializó con el nombre de marca registrada, supercapacitor. Estaba clasificado en 5.5V y tenía capacitancias de hasta 1F. Tenían un tamaño de hasta 5 cm ^ 3 y se usaban como energía de respaldo para la memoria de la computadora.

Brian Evans Conway, profesor emérito de la Universidad de Ottawa, trabajó en condensadores electroquímicos de óxido de rutenio de 1975 a 1980. En 1991 describió la diferencia entre supercondensadores y baterías en almacenamiento electroquímico, dando una explicación completa en 1999 mientras acuñaba el término supercondensador nuevamente.

Los productos y los mercados crecieron lentamente con nombres de productos como Goldcaps, Dynacap y PRI Ultracapacitor, siendo este último el primer supercapacitor con baja resistencia interna desarrollado en 1982 por Pinnacle Research Institute (PRI) con fines militares.

Los desarrollos relativamente recientes en el mercado incluyen condensadores de iones de litio que dopan el ánodo de carbón activado con iones de litio. Estos tienen capacidades de miles de faradios (4 dígitos) a alrededor de 2,7 V.

CONCLUSIÓN

Según sus comentarios en respuesta a nuestra publicación Historia del condensador: los años pioneros  , no falta el uso del término condensador en lugar de condensador. Entonces, ¿de dónde viene el término condensador? Eso parece ser desconocido, pero el Oxford English Dictionary cita del Glosario de términos en ingeniería eléctrica de 1922 BSI (British Standards Institution?) que dice que 'condensador' es un 'término nuevo' y sugiere que se use para evitar confusiones con el vapor 'condensador'.

Fuente:HACKADAY