Supercapacitores y su papel en el futuro del almacenamiento de energía

Cumplir los objetivos climáticos globales no depende solo de generar más energía limpia, sino de usarla en el momento adecuado. Fuentes como la solar y la eólica son abundantes pero intermitentes, mientras que la demanda energética es continua y cada vez más dinámica. El desafío central ya no es únicamente producir energía, sino sincronizar de forma eficiente la generación y el consumo.

Las baterías se han consolidado como la base del almacenamiento moderno, pero no están optimizadas para picos de potencia, cargas ultrarrápidas o ciclos intensivos sin degradarse. En este contexto, los supercapacitores cumplen un papel complementario clave: cargan y descargan en segundos, soportan cientos de miles de ciclos y actúan como amortiguadores energéticos, estabilizando sistemas eléctricos y entregando potencia inmediata cuando se requiere.

Aunque menos visibles que otras tecnologías, los supercapacitores ya operan desde sensores y dispositivos portátiles hasta vehículos y redes eléctricas con alta penetración renovable. Comprender su funcionamiento y el papel de los materiales emergentes es esencial para diseñar sistemas energéticos más resilientes, eficientes y de bajas emisiones.

Fig. 1. Gráfico de Ragone que compara el rendimiento de varios dispositivos comunes de almacenamiento de energía, incluidos supercondensadores y baterías [1].

Pero ¿qué son los supercapacitores?

Los supercapacitores son dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía que se sitúan entre los capacitores convencionales y las baterías. Aunque, al igual que estas, emplean electrodos y un electrolito, almacenan energía principalmente mediante procesos superficiales en la interfaz electrodo–electrolito, y no a través de reacciones volumétricas profundas. Esta característica les permite cargar y descargar con gran rapidez y soportar un número muy elevado de ciclos, a costa de una menor densidad de energía frente a las baterías [2].

A diferencia de las baterías, limitadas por procesos lentos de inserción iónica y cambios de fase, los supercapacitores alcanzan densidades de potencia del orden de 1–10 kW·kg⁻¹, con densidades de energía típicamente de ~5–20 Wh·kg⁻¹, claramente inferiores a las de las baterías de ion-litio, pero, muy superiores a las de los capacitores convencionales [3].

Según el mecanismo de almacenamiento, se distinguen tres clases principales de supercapacitores: EDLCs, basados en la formación de una doble capa eléctrica altamente reversible; pseudocapacitores, que almacenan carga mediante reacciones redox rápidas o intercalación superficial; y sistemas híbridos, que combinan ambos enfoques para equilibrar energía, potencia y vida útil [3]. Gracias a estos mecanismos, los supercapacitores operan en escalas de tiempo de milisegundos a segundos y desempeñan un papel clave en la gestión de picos de potencia y flujos energéticos altamente variables en sistemas eléctricos modernos [2,3].

Fig. 2. Mecanismos de almacenamiento de carga de los diferentes supercapacitores [2].

Los Materiales Detrás de esta Tecnología

El desempeño de un supercapacitor está determinado por la interacción íntima entre material de electrodo y electrolito, más que por un solo componente aislado. En la práctica, la tecnología se apoya en un conjunto relativamente pequeño de familias de materiales, cada una con funciones bien definidas.

Fig. 3. Esquema representativo de los materiales más comunes en un supercapacitor [7].

Los carbones activados, generalmente derivados de biomasa de bajo costo, constituyen la base de la mayoría de los dispositivos comerciales. Su red de microporos almacena carga electrostática, mientras que los mesoporos facilitan el transporte iónico, permitiendo altas potencias incluso en electrodos de gran espesor [4]. Cuando la distribución de poros se ajusta al tamaño de los iones del electrolito y se organiza de forma jerárquica, el rendimiento mejora de manera significativa [5]. Esta combinación de bajo costo, estabilidad y versatilidad explica por qué siguen siendo el estándar industrial [6].

Para aumentar la capacitancia más allá de la doble capa, se incorporan materiales pseudocapacitivos. Los polímeros conductores —como la Polianilina o el Polipirrol— almacenan carga mediante reacciones redox rápidas y reversibles, aunque sufre limitaciones mecánicas y químicas cuando se emplean en grandes espesores [3]. Por ello, hoy se utilizan principalmente como recubrimientos delgados o dentro de compositos e hidrogeles, donde el soporte estructural mejora su estabilidad [7].

En esta misma categoría emergen los MXenes, materiales bidimensionales altamente conductores con superficies químicamente activas. Su capacidad para combinar intercalación superficial y reacciones redox, junto con un transporte electrónico rápido, los convierte en candidatos particularmente atractivos para dispositivos de alta potencia [7]. Los desafíos asociados a su oxidación y reapilamiento están siendo mitigados mediante estrategias de síntesis, funcionalización y formación de compósitos [8].

Finalmente, el electrolito define tanto la movilidad iónica como el voltaje máximo de operación, y por ende la energía almacenada. Sistemas acuosos priorizan seguridad y conductividad, los orgánicos permiten mayores voltajes, mientras que los líquidos iónicos amplían aún más la ventana electroquímica a costa de una cinética más lenta [9]. El diseño del electrolito se ha convertido así en un eje estratégico comparable al del electrodo [10].

Hacia dónde se dirige el campo

En la última década, la investigación en supercapacitores ha dejado de centrarse en maximizar parámetros aislados para avanzar hacia el diseño integral de sistemas, donde materiales, arquitectura y aplicación se optimizan de forma conjunta.

Una de las tendencias más claras es el desarrollo de electrodos jerárquicos, en los que la porosidad y la química superficial se diseñan deliberadamente para desacoplar el almacenamiento y el transporte iónico. Este enfoque permite mantener respuestas rápidas incluso en electrodos con alta carga de masa, un requisito clave para aplicaciones reales [6].

En paralelo, los dispositivos híbridos batería–supercapacitor están cerrando la brecha entre alta potencia y energía. Arquitecturas como capacitores de ion-litio y supercapatteries, basadas en combinaciones carbono/pseudocapacitivo, ya alcanzan densidades de energía de decenas de Wh·kg⁻¹ sin sacrificar ciclabilidad, lo que las posiciona como soluciones viables para movilidad eléctrica, respaldo de red y electrónica portátil [11].

Además, la sustentabilidad se ha convertido en una restricción de diseño explícita. El uso de carbones derivados de residuos agrícolas y biopolímeros no solo reduce la huella ambiental, sino que introduce arquitecturas porosas y heteroátomos funcionales de manera natural, alineando la tecnología con principios de economía circular [4].

Finalmente, crece el interés en sistemas autorecargables, donde los supercapacitores se integran directamente con recolectores de energía como los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs). En estas arquitecturas, el supercapacitor no solo almacena energía, sino que estabiliza la salida intermitente del generador, habilitando sensores y dispositivos IoT verdaderamente autónomos [12].

El futuro de la energía también depende de ti

El almacenamiento de energía, en esencia, trata sobre controlar el tiempo: decidir cuándo y cómo usar la energía disponible. En un contexto de electrificación creciente, energías renovables y sistemas cada vez más distribuidos, esta capacidad es clave para la estabilidad, la seguridad y la resiliencia energética [11].

Los avances en materiales muestran que la innovación ocurre en escalas tan pequeñas como un átomo, un poro o una interfaz, pero con impactos que se extienden a redes eléctricas, dispositivos y ciudades completas [6,12]. En este escenario, los supercapacitores ocupan un lugar singular: no buscan reemplazar a las baterías, sino liberarlas, asumiendo picos de potencia, absorbiendo fluctuaciones y protegiendo a otros componentes del sistema [11].

Y ahora la pregunta es para ti: ¿Dónde crees que los supercapacitores podrían marcar la diferencia en los sistemas o dispositivos que usas todos los días?

Si este tema despertó tu interés, te invitamos a dejar un comentario, compartir este artículo, o contactarnos para explorar cómo estas tecnologías pueden aplicarse en tu empresa, proyecto o investigación. Y, por supuesto, suscríbete al blog para seguir recibiendo contenido de interés.

Autores:

Dr. Eduardo Tovar Martínez

Dra. Mayra del Ángel Monroy

Referencias:

[1] Şahin, M. E., Blaabjerg, F., & Sangwongwanich, A. (2022). A Comprehensive Review on Supercapacitor Applications and Developments. Energies, 15(3), 674. https://doi.org/10.3390/en15030674

[2] Panchal, K., Kumar, D. (2022). 2D Nanomaterials for Advanced Supercapacitor Application. In: Gupta, R. (eds) Handbook of Energy Materials. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-16-4480-1_15-1

[3] Choi, H., and H. Yoon. 2015. "Nanostructured Electrode Materials for Electrochemical Capacitor Applications." Nanomaterials 5: 906 - 936. https://doi.org/10.3390/nano5020906

[4] Li, H., Y. Li, S. Zhu, Y. Li, I. Zada, and Y. Li. 2023. "Recent advances in biopolymers-based carbon materials for supercapacitors." RSC Advances 13: 33318 - 33335. https://doi.org/10.1039/d3ra06179e

[5] Pan, Y., K. Xu, and C. Wu. 2019. "Recent progress in supercapacitors based on the advanced carbon electrodes." Nanotechnology Reviews 8: 299 - 314. https://doi.org/10.1515/ntrev-2019-0029

[6] Shah, S. S., M. Das, T. Ogawa, A. Ali, L. Zada, S. Ullah, Z. Said, et al. 2025. "Synergistic Strategies for High‐Energy Carbon Supercapacitors: A Comprehensive Review of Nanostructure, Doping, Composite, and Electrolyte Engineering." Batteries & Supercaps. https://doi.org/10.1002/batt.202500564

[7] Sudhana, J., Usha Rani, M. 2026. “A review on MXene—Carbon, polymer, metal oxide and 2D composites for high performance supercapacitor applications.” Results in Engineering 29. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.108720

[8] Otgonbayar, Z., S. Yang, I. Kim, and W. Oh. 2023. "Recent Advances in Two-Dimensional MXene for Supercapacitor Applications: Progress, Challenges, and Perspectives." Nanomaterials 13. https://doi.org/10.3390/nano13050919

[9] Shah, S. S., and M. Aziz. 2024. "Properties of Electrode Materials and Electrolytes in Supercapacitor Technology." Journal of Chemistry and Environment. https://doi.org/10.56946/jce.v3i1.309

[10] Lim, J. M., Y. S. Jang, H. V. T. Nguyen, J. S. Kim, Y. Yoon, B. J. Park, D. Seo, et al. 2023. "Advances in high-voltage supercapacitors for energy storage systems: materials and electrolyte tailoring to implementation." Nanoscale Advances 5: 615 - 626. https://doi.org/10.1039/d2na00863g

[11] Wu, Z., L. Li, J. Yan, and X. Zhang. 2017. "Materials Design and System Construction for Conventional and New‐Concept Supercapacitors." Advanced Science 4. https://doi.org/10.1002/advs.201600382

[12] Yan, J., S. Li, B. Lan, Y. Wu, and P. S. Lee. 2019. "Rational Design of Nanostructured Electrode Materials toward Multifunctional Supercapacitors." Advanced Functional Materials 30. https://doi.org/10.1002/adfm.201902564