Historia del condensador

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.

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 ahí. La era moderna de los capacitores ha estado marcada por un avance tras otro en una historia fascinante. Vamos a ver.

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.

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 condensadores" ocurrió durante los años 2000 a 2005, posiblemente debido al uso de una receta robada pero sin ciertas sustancias estabilizadoras que condujeran a una falla prematura.

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.

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.

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.

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'.

Si bien eso concluye nuestra historia del capacitor, hay muchos más que estamos seguros que se podrían agregar en función de la gran cantidad de tipos de capacitores. Háganos saber a continuación si tiene alguna adición interesante que sugiera. Y siendo la historia solo una parte del camino del progreso, infórmenos de cualquier desarrollo futuro actual o esperado del que tenga conocimiento. ¿Qué dirá un escritor de Hackaday dentro de 50 años sobre los capacitores de hoy y los próximos 50 años?