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Ultracapacitores en vehı́culos eléctricos: beneficios
y desafı́os tecnológicos.
Jeancarlo Mejı́as Cordero, C04716
Escuela de Ingenierı́a Eléctrica
Universidad de Costa Rica
IE0209: Circuitos Eléctricos I, IC-2025, Grupo 04
Profesor: Ing. Eddie Araya Padilla, PhD.
Resumen—Este trabajo presenta un análisis exhaustivo de los
ultracapacitores en aplicaciones vehiculares, evaluando sus ventajas técnicas, modelos matemáticos y desafı́os de implementación.
Se incluyen estudios de caso en transporte público y maquinaria
pesada, con énfasis en sistemas hı́bridos de almacenamiento de
energı́a. La investigación incorpora los últimos avances tecnológicos (2020-2024), destacando innovaciones en materiales, gestión
térmica y estrategias de control inteligente para sistemas hı́bridos
baterı́a-ultracapacitor.
Palabras clave: Ultracapacitores, Vehı́culos eléctricos, Almacenamiento de energı́a, Frenado regenerativo, Grafeno 3D,
Modelado térmico, Baterı́as Li-ion, Alta densidad de potencia,
Sistemas hı́bridos, MXenes, Electrolitos sólidos, Eficiencia
energética, Autobuses urbanos, Maquinaria pesada, Gestión de
energı́a, Digital Twins, Supercapacitores asimétricos, Integración estructural, IA en movilidad, Sostenibilidad.
I. I NTRODUCCI ÓN
En el panorama actual de la movilidad sostenible, los
vehı́culos eléctricos e hı́bridos enfrentan desafı́os particulares
en sus sistemas de almacenamiento de energı́a. Estos sistemas
deben ser capaces de manejar demandas dinámicas de potencia, desde la aceleración instantánea hasta la recuperación
eficiente de energı́a durante el frenado. Es en este escenario
donde los ultracapacitores demuestran su valor único, complementando las capacidades de las baterı́as tradicionales y
ofreciendo soluciones técnicas innovadoras.
Desarrollados a través de décadas de investigación, los
ultracapacitores presentan caracterı́sticas especialmente adecuadas para aplicaciones vehiculares. Su capacidad para manejar corrientes elevadas en tiempos reducidos, junto con
su eficiencia en procesos de carga y descarga rápida, los
diferencia claramente de otros sistemas de almacenamiento.
Estas propiedades intrı́nsecas los convierten en componentes
ideales para gestionar los transitorios de potencia tı́picos de
los sistemas de propulsión eléctrica.
En la arquitectura de los vehı́culos modernos, estos dispositivos cumplen funciones estratégicas: actúan como amortiguadores de potencia que protegen a las baterı́as principales, al
tiempo que optimizan la recuperación de energı́a durante las
fases de desaceleración. Esta doble función no solo mejora el
rendimiento general del vehı́culo, sino que también contribuye
a prolongar la vida útil de otros componentes del sistema
de almacenamiento. Sin embargo, su implementación práctica
no está exenta de desafı́os técnicos que merecen análisis
detallado.
Recientes estudios [8], [9] han demostrado que la combinación óptima de ultracapacitores con baterı́as en sistemas
hı́bridos puede mejorar la eficiencia energética en un 25-30 %
respecto a configuraciones convencionales. Particularmente,
[9] destaca cómo la gestión inteligente de estos sistemas
bajo condiciones reales de operación permite maximizar la
recuperación de energı́a durante el frenado re-generativo,
especialmente en entornos urbanos con frecuentes paradas y
arranques.
Debido a esto, este trabajo se centra en el estudio de
ultracapacitores para aplicaciones vehiculares, abordando cuatro aspectos clave: sus ventajas comparativas frente a otras
tecnologı́as de almacenamiento, el desarrollo de modelos
matemáticos para su comportamiento dinámico, el análisis de
su respuesta en frecuencia dentro de sistemas de potencia
automotriz, y los principales retos que presenta su integración
en vehı́culos eléctricos e hı́bridos. Ası́, el objetivo final de este
artı́culo es ofrecer una perspectiva integral que sirva como base
para futuros desarrollos en esta área tecnológica.
I-A.
Avances Recientes (2020-2024)
Electrodos de grafeno 3D han aumentado la densidad
energética en un 40 % respecto a tecnologı́as convencionales [5], [10].
Nuevos electrolitos orgánicos permiten operación estable
hasta 3.2V [4], [8].
Sistemas de gestión de energı́a basados en IA mejoran la
eficiencia en un 15 % [7], [9].
Arquitecturas hı́bridas avanzadas logran 500,000 ciclos
con menos de 10 % de degradación [8].
Integración estructural reduce peso en un 20 % mediante
ultracapacitores embebidos en chasis [3].
II.
V ENTAJAS Y DESVENTAJAS DE ULTRACAPACITORES
EN V EH ÍCULOS E L ÉCTRICOS
II-A.
Ventajas de la aplicación de ultracapacitores en EV’s.
El avance en tecnologı́as de eficiencia energética para
vehı́culos eléctricos ha impulsado el uso de ultracapacitores
como solución complementaria a los sistemas tradicionales de
baterı́as. Gracias a sus caracterı́sticas únicas, estos dispositivos
han demostrado ser clave para superar limitaciones crı́ticas
2
en los EVs, especialmente en aplicaciones que demandan
respuestas rápidas de potencia. Las ventajas competitivas de
los ultracapacitores pueden resumirse en siete aspectos fundamentales:
Baja densidad energética (2 a 120 Wh/kg) [1], [10]:
Ideal para almacenamiento temporal de energı́a, lo que
los hace perfectos para trabajar en conjunto con baterı́as.
Estudios recientes [8] muestran que en configuraciones
hı́bridas optimizadas, esta limitación se compensa con la
alta densidad de potencia.
Alta densidad de potencia (2300 a 14000 W/kg) [1],
[9]: Permiten entregar y absorber energı́a más rápido
que las baterı́as de Li-ion, un requisito crı́tico durante la
aceleración o el frenado regenerativo. [9] reporta mejoras
del 35 % en eficiencia de frenado en autobuses urbanos.
Corrientes de descarga extremas: Capaces de soportar
picos altos de corriente sin degradación, protegiendo ası́
los componentes más sensibles del sistema de almacenamiento. [9] documenta capacidades de hasta 500A/cm2
en nuevos diseños.
Larga vida útil operativa: Superan por creces la duración tı́pica de las baterı́as (menos de 100,000 ciclos vs
2,000-5,000), reduciendo costos de mantenimiento [8],
[10].
Eficiencia energética superior (95-98 % vs 85-90 % en
Li-ion): Minimizan las pérdidas por calor en comparación
con los sistemas convencionales, optimizando cada ciclo
de carga [7].
Amplio rango de operación (-40°C a 65°C): Funcionan
en condiciones extremas donde las baterı́as requieren
costosos sistemas de climatización [4].
Carga casi instantánea (10-30 segundos): Se recargan
completamente en segundos, eliminando los tiempos de
espera en aplicaciones de alta disponibilidad [1].
Estas propiedades convierten a los ultracapacitores en componentes estratégicos para los sistemas de propulsión eléctrica
y su mejora en eficiencia energética.
Cuadro I
C OMPARACI ÓN DETALLADA DE TECNOLOG ÍAS DE ALMACENAMIENTO
( DATOS DE [1], [7], [8])
ultracapacitores hace posible almacenar energı́a de manera
eficiente incluso durante perı́odos breves.
Asimismo, los ultracapacitores en configuraciones de un
sistema hı́brido de almacenamiento de energı́a, según [3],
satisface las demandas de alta aceleración y frenado. O de
una forma más explı́cita y en base a [4], los ultracapacitores
se utilizan para gestionar la demanda de picos de potencia, los
cuales se producen en casos de carga y descarga, es decir, durante las fases de aceleración y desaceleración del movimiento
del vehı́culo, lo que mejora tanto la vida útil del sistema.
Además, debido a que la energı́a se recupera en eventos de
frenada, una de los efectos positivos de esta tecnologı́a es que
puede recolectar energı́a ya sea en situaciones de descenso,
como de ascenso, permitiendo una respuesta más instantánea
del sistema a la hora de exigencias de potencia en breves
espacios de tiempo.
II-B. Desventajas de la aplicación de ultracapacitores en
EV’s.
A pesar de sus ventajas, los ultracapacitores presentan
limitaciones crı́ticas que dificultan su adopción masiva en
vehı́culos eléctricos:
Baja densidad energética (2–120 Wh/kg vs. 150–250
Wh/kg en baterı́as Li-ion [1], [10]):
• Requieren sistemas hı́bridos con baterı́as para garantizar autonomı́a práctica [5], [9].
• El peso adicional del sistema hı́brido puede reducir
la eficiencia en aplicaciones de largo alcance [7].
• Soluciones emergentes como electrodos de grafeno
3D prometen aumentar la densidad energética hasta
180 Wh/kg [8].
Coste elevado por Wh almacenado ($0.50-$1.00/Wh
vs $0.10-$0.30 en Li-ion):
• Electrodos avanzados (grafeno/CNTs) incrementan
el precio hasta 10× frente a baterı́as [4].
• Fabricación no escalable económicamente para alta
capacidad [5].
• Economı́as de escala podrı́an reducir costos un 40 %
para 2030 [8].
Caı́da de voltaje durante la descarga:
Caracterı́stica
Ultracapacitor
Baterı́a Li-ion
Hı́brido
V (t) = V0 − I · Rs · t
Densidad energética (Wh/kg)
Densidad de potencia (W/kg)
Ciclos de vida
Eficiencia ( %)
Tiempo carga
Costo por ciclo ($)
Rango térmico (°C)
2-120
2,300-14,000
>100,000
95-98
10-30 s
0.0001
-40 a 65
150-250
150-350
2,000-5,000
85-90
30+ min
0.01
0 a 45
80-180
1,500-8,000
50,000+
92-96
5-15 min
0.002
-20 a 55
donde Rs es la resistencia en serie, limitando eficiencia
en sistemas que requieren voltaje estable [?]. Nuevos
diseños con resistencias serie <0.1 m mitigan este efecto
[9].
Autodescarga acelerada (5–40 % por dı́a vs. 1 % en Liion):
• Inviables para almacenamiento a largo plazo [3].
• Necesitan circuitos de balanceo activo [5].
• Electrolitos orgánicos reducen autodescarga a
5 %/dı́a [8].
Desafı́os de integración:
• Compatibilidad térmica: Rendimiento decae a
65°C [4]. Soluciones con nanotubos mejoran disipación en 30 % [9].
Debido a esto, los ultracapacitores están siendo implementados en el caso de sistemas de almacenamiento de energı́a
(ESS), donde [2] menciona que, su implementación en fases
crı́ticas como el arranque de los EVs permite suministrar los
picos de corriente necesarios mientras se reduce el estrés sobre
las baterı́as principales, optimizando ası́ tanto el rendimiento
inmediato como la vida útil del sistema de almacenamiento
energético. Además, la mayor densidad energética de los
(1)
3
• Espacio fı́sico: Ocupan 30–50 % más que baterı́as
equivalentes [7]. Integración estructural mitiga este
problema [3].
• Gestión de energı́a compleja: Requieren algoritmos
avanzados para sistemas hı́bridos [9].
II-B1. Modelado Térmico Avanzado: El calor generado
sigue:
dV
V2
Ploss = I 2 Rs +
+ C(V )
(2)
Rp
dt
donde:
Rp : Resistencia de fuga (1-10 k).
dV
dt : Pendiente de carga/descarga.
Estudios recientes [2], [9] muestran que esto limita la densidad
de potencia continua a 5-8 kW/kg en ambientes >40°C.
Soluciones con:
Disipación por cambio de fase (mejora 25 %).
Materiales de cambio de fase (PCM) reducen ∆T en
15°C.
Sensores distribuidos para monitoreo en tiempo real . [9]
III.
Modelo en el dominio de la frecuencia
IV-B1.
Función de transferencia:
Z(s) = Rs +
Autobuses urbanos eléctricos
Maquinaria pesada (ej. grúas, excavadoras)
Demandas pulsantes: Respuesta en <10 ms para movimientos hidráulicos [6], con picos de 500A sostenidos.
Eficiencia en ciclos cortos: Grúas portuarias reducen
desgaste de baterı́as en 50 % [7], aumentando vida útil a
8-10 años.
Mineria eléctrica: Camiones de 100+ toneladas usan
bancos de ultracapacitores (50kF) para frenado descendente [8].
Resistencia ambiental: Operación estable en rangos de
-40°C a 65°C [4], crı́tico para equipos de construcción.
IV. M ODELADO MATEM ÁTICO DE ULTRACAPACITORES
IV-A. Modelado del dominio-tiempo (ecuaciones diferenciales)
IV-A1. Modelo RC extendido:
t
t
−
−
V (t) = V0 e Req C(V ) + I(Rs + Rd ) 1 − e Req C(V )
(3)
donde Req = Rs + Rd y C(V ) = C0 (1 + αV 2 ) modela no
linealidades [2]. [9] extiende el modelo para incluir efectos
térmicos:
C(V, T ) = C0 (1 + αV 2 )(1 − β(T − T0 ))
1
Rp
+
sC(V ) 1 + sRp Cp
(4)
(5)
Análisis de estabilidad mediante diagramas de Bode para frecuencias menores a los 100 Hz [?]. [9] propone una extensión
para sistemas hı́bridos:
A PLICACIONES EN AUTOBUSES O MAQUINARIA
Frenado regenerativo: Recuperan hasta 40-60 % de
energı́a cinética [1], [9], con picos de 1.5 MW en
autobuses articulados.
Arranque en frı́o: Suplen pérdida de eficiencia de
baterı́as Li-ion en climas extremos (-30°C) [4].
Caso de éxito: Sistema TIB 500 de Bombardier (30 %
ahorro energético) [3]. Nuevos diseños [9] logran 45 %
con gestión predictiva.
Rutas urbanas: Optimización de paradas frecuentes, con
300-500 ciclos carga/descarga por dı́a [8].
III-B.
IV-B.
Zhybrid (s) =
PESADA EL ÉCTRICOS
III-A.
IV-A2. Validación Experimental: El modelo ha sido verificado con:
Error menor o igual al 5 % para corrientes menores a los
100A [2].
Precisión del 92 % en predicción de vida útil [4]
Validación en vehı́culos reales bajo condiciones extremas
[9].
Correlación del 95 % con datos de bancos de pruebas
industriales [8].
Zbat (s)Zuc (s)
Zbat (s) + Zuc (s)
(6)
IV-B2. Análisis de Impedancia:
Respuesta en frecuencia 0.1-1000 Hz para diagnóstico de
envejecimiento [8].
Espectroscopia de impedancia identifica fallos tempranos
(95 % precisión) [9].
Modelos de elementos distribuidos para bancos de ultracapacitores [9].
V.
V-A.
M ATERIALES AVANZADOS Y E STRATEGIAS DE
G ESTI ÓN
MXenes y Nanoestructuras Hı́bridas
Los MXenes (ej. Ti3 C2 Tx ) han emergido como materiales
revolucionarios para electrodos, demostrando:
Capacitancia especı́fica de 1500 F/g (3× mayor que
carbones activados) [11].
Estabilidad térmica hasta 300°C, crı́tica para operación
en climas extremos [13].
Conductividad eléctrica de 6000 S/cm, reduciendo Rs en
un 70 % [11].
Cuadro II
C OMPARACI ÓN DE MATERIALES PARA ELECTRODOS ( DATOS DE [11],
[13])
Material
MXenes
Grafeno 3D
Carbón activado
V-B.
Capacitancia (F/g)
Ciclos vida
Costo ($/kg)
1200-1500
800-1100
300-500
>50,000
>100,000
>50,000
200-300
150-200
50-100
Algoritmos de Gestión de Energı́a
Estudios comparativos [12] en sistemas hı́bridos (baterı́a/ultracapacitor/pila de combustible) revelan:
Estrategias basadas en lógica difusa reducen consumo de
H2 en un 18 % vs control PID [12].
4
Arquitecturas descentralizadas mejoran eficiencia en un
12 % bajo cargas pulsantes [12].
Algoritmos predictivos (MPC) aumentan vida útil en un
30 % [14].
Pbat
Puc
J = mı́n
α
+β
(7)
Pbat ,Puc
Ebat
Euc
donde α, β son factores de degradación [12].
V-C.
Tendencias en Electrificación
Vehı́culos pesados: Bancos de ultracapacitores de 50kF
para frenado regenerativo en pendientes del 15 % [15].
Transporte público: Sistemas hı́bridos reducen emisiones
en 45 % vs diésel [16].
Infraestructura: Estaciones de carga con buffer de ultracapacitores (500V/10F) permiten cargas ultrarrápidas [13].
VI.
VI-A.
AVANCES EN G ESTI ÓN T ÉRMICA Y BATER ÍAS
E STRUCTURALES
Sistemas de Enfriamiento para Baterı́as
Estudios recientes [17] demuestran que los sistemas hı́bridos baterı́a-ultracapacitor requieren estrategias avanzadas de
gestión térmica:
Soluciones basadas en circuitos de fluido dieléctrico
reducen ∆T en 15°C comparado con aire forzado [17].
Materiales de cambio de fase (PCM) mejoran la uniformidad térmica (<2°C variación en bancos de ultracapacitores) [17].
Modelos predictivos con redes neuronales logran precisión del 92 % en estimación de temperatura [17].
Qgen
∂T
= α∇2 T +
∂t
ρcp
(8)
2
donde Qgen = I 2 Rs + VRp incluye pérdidas Joule y de fuga
[17].
VI-B.
Baterı́as Estructurales
La integración multifuncional emerge como tendencia clave
[18]:
Chasis-carga: Composites carbono-epoxy almacenan
energı́a con 120 Wh/kg y módulo elástico de 30 GPa
[18].
Suspensiones regenerativas: Sistemas hı́bridos recuperan 35 % de energı́a en irregularidades del terreno [18].
Desafı́os principales: Seguridad (propagación de grietas)
y costos (2-3× convencionales) [18].
VII-A.
VII. P ROBLEMAS EN LA IMPLEMENTACI ÓN
Desafı́os técnicos
Baja densidad energética: Requiere hibridación con
baterı́as [5], [10]. Soluciones con grafeno 3D prometen
180 Wh/kg [8].
Gestión térmica: Resistencia interna (Rs ) genera calor
que requiere disipación activa [2]. Nuevos materiales
reducen Rs en 40 % [9].
Compatibilidad de voltajes: Conversión DC-DC introduce pérdidas del 5–8 % [6]. Topologı́as sin conversión
reducen pérdidas al 2 % [8].
Envejecimiento asimétrico: Desbalance en bancos de
ultracapacitores reduce vida útil [9].
VII-B.
Soluciones emergentes
Control descentralizado: Sistemas basados en pasividad
mejoran confiabilidad [6]. Algoritmos de aprendizaje
federado optimizan gestión [9].
Nuevos materiales: Electrodos con MXenes aumentan
densidad energética [4]. Hı́bridos MoS2 /grafeno logran
200 F/g [8].
Digital Twins: Modelos virtuales en tiempo real para
predicción de fallos [9].
Reciclaje: Nuevos procesos recuperan 95 % de materiales
crı́ticos [8].
VIII.
T ENDENCIAS F UTURAS (2024-2030)
Supercapacitores asimétricos: Combinan cátodos de
baterı́a con ánodos de ultracapacitor (1.5-2x densidad
energética) [5], [8]
Electrolitos sólidos: Eliminan problemas de fugas y
amplı́an rango térmico (-50°C a 100°C) [7].
Integración estructural: Ultracapacitores embebidos en
carrocerı́as (ahorro 15-20 % peso) [3].
Sistemas auto-reparables: Microcápsulas con electrolito
autoregenerante [8].
Redes de distribución: Bancos de ultracapacitores compartidos en estaciones de carga [9].
IX. T ENDENCIAS E MERGENTES EN S UPERCAPACITORES
IX-A. Aplicaciones Innovadoras
Revisión sistemática [19] identifica áreas prometedoras:
Redes de carga rápida: Bancos de ultracapacitores
(500V/10F) permiten cargas en <30s [19].
Almacenamiento en red: Compensación de picos con
eficiencia del 98 % [20].
Electrificación rural: Sistemas autónomos con vida útil
>20 años [20].
IX-B. Retos Tecnológicos
Análisis comparativo [20] revela:
C OMPARATIVA DE TECNOLOG ÍAS ESTRUCTURALES ( DATOS DE [18])
Escalabilidad: Producción masiva de electrodos 3D requiere optimización de procesos [20].
Tecnologı́a
Densidad energética (Wh/kg) Rigidez (GPa)
Reciclaje:
Métodos actuales recuperan solo 60-70 % de
Compuesto carbono-epoxy
80-120
25-30
Nanotubos-aluminio
150-180
50-60
materiales crı́ticos [19].
Grafeno estructural
200-250
100-120
Estándares: Ausencia de protocolos unificados para bancos >1000F [20].
Cuadro III
5
X.
X-A.
C ONCLUSIONES Y R ECOMENDACIONES
Hallazgos Clave Ampliados
Sinergia materiales-algoritmos: La combinación de
MXenes con gestión predictiva [11], [12] puede superar
el trade-off densidad energética/potencia (actualmente
120 Wh/kg vs 14 kW/kg [1]).
Estandarización necesaria: La diversidad de configuraciones hı́bridas (serie/paralelo/mixto [12]) demanda
protocolos comunes para interoperabilidad [14].
Sostenibilidad integral: Nuevos procesos de reciclaje
recuperan el 98 % de MXenes [13], reduciendo costos
ambientales.
X-B.
Lı́neas Futuras Prioritarias
1. Electrodos auto-reparables: Nanoestructuras con microcápsulas de precursorelectrolı́tico [13] para autoreparación in situ.
2. Redes neuronales embebidas: Chips ASIC para gestión
energética en tiempo real con <1ms de latencia [14].
3. Integración multimodal: Ultracapacitores estructurales
en carrocerı́as + suspensiones regenerativas [15].
X-C.
Recomendaciones Finales Ampliadas
Basado en [18], [20], se proponen lı́neas estratégicas:
1. Desarrollo de materiales multifuncionales: Combinar
almacenamiento energético y propiedades estructurales
(meta-materiales con σ > 500 MPa y C > 200 F/g)
[18].
2. Sistemas hı́bridos inteligentes: Integrar IA para gestión
térmica-energética coordinada (reducción del 20 % en
consumo) [17].
3. Economı́a circular: Implementar cadenas de reciclaje
cerradas para MXenes y grafeno 3D [19].
X-D.
Conclusiones
Los ultracapacitores han emergido como tecnologı́a complementaria crı́tica para los sistemas de almacenamiento en
vehı́culos eléctricos e hı́bridos, como demuestran los estudios
analizados [8], [9]. A partir de esta investigación, se destacan
cinco conclusiones clave:
1. Eficiencia en gestión de potencia: Los sistemas hı́bridos baterı́a-ultracapacitor logran mejoras del 25-30 % en
eficiencia energética frente a configuraciones convencionales [9], particularmente en entornos urbanos con
frenado regenerativo frecuente. La densidad de potencia
(hasta 14 kW/kg [1]) sigue siendo su ventaja distintiva.
2. Avances en materiales: Los electrodos de grafeno 3D
[5] y electrolitos orgánicos [8] han elevado la densidad
energética a 120 Wh/kg, reduciendo la brecha con las
baterı́as Li-ion. Sin embargo, el costo por Wh almacenado ($0.50-$1.00) sigue siendo una barrera [10].
3. Robustez operativa: Su capacidad para funcionar en
rangos extremos (-40°C a 65°C) [4] los hace ideales
para maquinaria pesada y transporte público, donde
se registran hasta 500 ciclos diarios sin degradación
significativa [3].
4. Modelado predictivo: Los modelos matemáticos actuales (RC extendido con efectos térmicos [2]) alcanzan precisiones del 92-95 % en condiciones reales [9],
facilitando su integración en arquitecturas vehiculares
complejas.
5. Sostenibilidad: Los nuevos procesos de reciclaje permiten recuperar el 95 % de materiales crı́ticos [8], posicionándolos como alternativa eco-amigable frente a
tecnologı́as convencionales.
X-E.
Recomendaciones
Basado en los desafı́os identificados, se proponen seis lı́neas
de acción para investigación e implementación:
X-E1. Para fabricantes:
Integración estructural: Adoptar diseños con ultracapacitores embebidos en chasis [3] para reducir peso (1520 %) y espacio. Casos como el TIB 500 de Bombardier
demuestran su viabilidad.
Gestión térmica avanzada: Implementar disipadores
con materiales de cambio de fase (PCM) para mantener
∆T < 15C en operación continua [9], especialmente en
climas cálidos.
Estandarización: Desarrollar protocolos comunes para
bancos de ultracapacitores, addressing actual incompatibilidad en voltajes (2.5V–3.2V [8]).
X-E2. Para investigadores:
Supercapacitores asimétricos: Explorar cátodos de baterı́a combinados con ánodos de ultracapacitor para alcanzar densidades energéticas 180 Wh/kg [5], sin sacrificar densidad de potencia.
IA aplicada: Implementar algoritmos de aprendizaje
federado [7] para optimizar gestión de energı́a en tiempo
real, aprovechando datos de telemetrı́a vehicular.
Pruebas aceleradas: Diseñar metodologı́as que simulen
10 años de envejecimiento en <6 meses [8], considerando efectos combinados (térmicos, eléctricos, mecánicos).
X-E3. Para legisladores:
Incentivos fiscales: Promover créditos para vehı́culos
que incorporen sistemas hı́bridos con 30 % de eficiencia
mejorada [9].
Infraestructura urbana: Instalar bancos de ultracapacitores compartidos en estaciones de carga [10] para
manejar picos de demanda.
X-F.
Perspectivas Futuras
Los avances proyectados para 2024-2030 [7], [8] sugieren
tres revoluciones tecnológicas:
Electrolitos sólidos: Eliminarán riesgos de fugas y ampliarán el rango térmico a -50°C–100°C, ideales para
vehı́culos autónomos en extremas condiciones.
Sistemas auto-reparables: Microcápsulas con electrolito
autoregenerante podrı́an extender la vida útil a 1 millón
de ciclos [8].
Digital Twins: Modelos virtuales en tiempo real [9] permitirán predecir fallos con 90 % de precisión, reduciendo
costos de mantenimiento.
6
En sı́ntesis, mientras los ultracapacitores actuales ya ofrecen soluciones técnicas viables para aplicaciones especı́ficas
(transporte público, maquinaria pesada), su adopción masiva
en vehı́culos particulares dependerá de superar limitaciones en
densidad energética y costos. La colaboración entre industria,
investigación y estado será crucial para materializar su potencial en los años venideros.
R EFERENCIAS
[1] P. Joshi and V. Kartik, “Optimal sizing of a battery-ultracapacitor
hybrid energy storage system for urban transit buses,” in 2024 IEEE
Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), Chicago,
IL, USA, 2024, pp. 1–6, doi: 10.1109/ITEC60657.2024.10599076.
[2] N. P., S. V. K. N., and V. S. S. Kumar, “Mathematical modeling and
stability analysis of an ultracapacitor based energy storage system considering non-idealities,” Journal of Energy Storage, vol. 33, p. 102112,
2021, doi: 10.1016/j.est.2020.102112.
[3] S. R. Raman, K. W. Cheng, X. D. Xue, Y. C. Fong, and S. Cheung,
“Hybrid energy storage system with vehicle body integrated supercapacitor and Li-ion battery: Model, design and implementation, for
distributed energy storage,” Energies, vol. 14, no. 20, p. 6553, Oct. 2021,
doi: 10.3390/en14206553.
[4] Y. I. Badri, S. K. Sudabattula, I. Hussain, H. Malik, and F. P. G.
Márquez, “Ultracapacitor as selectable energy buffer in electric vehicle
application,” Journal of Energy Storage, vol. 73, p. 109200, 2023, doi:
10.1016/j.est.2023.109200.
[5] J. Zhang, M. Gu, and X. Chen, “Supercapacitors for renewable
energy applications: A review,” Micro and Nano Engineering, vol. 21,
p. 100229, 2023, doi: 10.1016/j.mne.2023.100229.
[6] Q. Song, Z. Fan, L. Fang, J. Chen, C. Zhang, and Q. Xu, “Completely Decentralized Energy Management System with High Reliability for the Fuel Cell-Ultracapacitor Auxiliary Power Unit,” in
IECON 2020 The 46th Annual Conference of the IEEE Industrial
Electronics Society, Singapore, 2020, pp. 3722–3726, doi: 10.1109/IECON43393.2020.9254437.
[7] A. Urooj and A. Nasir, “Review of Hybrid Energy Storage Systems for
Hybrid Electric Vehicles,” World Electric Vehicle Journal, vol. 15, no. 8,
p. 342, 2024, doi: 10.3390/wevj15080342.
[8] R. K. Azega, A. D. Smith, N. R. Chowdhury, A. Vyas, Q. Li, M. Haque,
Q. Xun, X. Zhang, S. Thurakkal, T. Thiringer, P. Enoksson, and
P. Lundgren, “Supercapacitors and rechargeable batteries, a tale of two
technologies: Past, present and beyond,” Sustainable Materials and Technologies, vol. 41, p. e01111, 2024, doi: 10.1016/j.susmat.2024.e01111.
[9] C. Beatrice, C. Capasso, S. Doulgeris, Z. Samaras, and O. Veneri,
“Hybrid storage system management for hybrid electric vehicles under
real operating conditions,” Applied Energy, vol. 354, Part B, p. 122170,
2024, doi: 10.1016/j.apenergy.2023.122170.
[10] A. S. Mohammed, S. M. Atnaw, A. O. Salau, and J. N. Eneh,
“Review of optimal sizing and power management strategies for fuel
cell/battery/super capacitor hybrid electric vehicles,” Energy Reports,
vol. 9, pp. 2213–2228, 2023, doi: 10.1016/j.egyr.2023.01.042.
[11] M. Z. Iqbal, M. W. Khan, S. Siddique, and S. Aftab, “MXenes: An
exotic material for hybrid supercapacitors and rechargeable batteries,”
Journal of Energy Storage, vol. 56, Part A, p. 105914, 2022, doi:
10.1016/j.est.2022.105914.
[12] H. Rezk, A. M. Nassef, M. A. Abdelkareem, A. H. Alami, and A. Fathy,
“Comparison among various energy management strategies for reducing hydrogen consumption in a hybrid fuel cell/supercapacitor/battery
system,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no. 8,
pp. 6110–6126, 2021, doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.11.195.
[13] H. R. Khan and A. L. Ahmad, “Supercapacitors: Overcoming current
limitations and charting the course for next-generation energy storage,”
Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 141, pp. 46–66,
2025, doi: 10.1016/j.jiec.2024.07.014.
[14] I. Singh, R. Sharma, A. kaur, D. Pathak, A. Singh, M. Hamza, M. Singh,
and A. Vasishth, “A review on supercapacitors: Development trends,
challenges, and future perspectives,” Next Research, vol. 2, no. 2,
p. 100228, 2025, doi: 10.1016/j.nexres.2025.100228.
[15] A.-T. Delso-Vicente, M.-C. Camperos, and M. Almonacid-Durán, “The
evolution of electric and hybrid vehicles and their influence on sustainable transport: A review and future research lines,” Sustainable
Technology and Entrepreneurship, vol. 4, no. 2, p. 100100, 2025, doi:
10.1016/j.stae.2025.100100.
[16] M. Alilou, H. Azami, B. Mohammadi-ivatloo, and H. Badihi, “Energy
conversion for electrified transportation systems,” in Reference Module
in Earth Systems and Environmental Sciences, Elsevier, 2025, doi:
10.1016/B978-0-44-313219-3.00184-2.
[17] S. Chavan, B. Venkateswarlu, M. Salman, J. Liu, P. Pawar, S. W.
Joo, G. S. Choi, and S. C. Kim, “Thermal management strategies
for lithium-ion batteries in electric vehicles: Fundamentals, recent advances, thermal models, and cooling techniques,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 232, p. 125918, 2024, doi:
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125918.
[18] S. Geng, K. Zhang, and B. Zheng, “Prospects and challenges of
application of structural battery in vehicles,” Applied Energy, vol. 394,
p. 126161, 2025, doi: 10.1016/j.apenergy.2025.126161.
[19] K. O. Oyedotun and B. B. Mamba, “New trends in supercapacitors
applications,” Inorganic Chemistry Communications, vol. 170, Part 1,
p. 113154, 2024, doi: 10.1016/j.inoche.2024.113154.
[20] K. Dissanayake and D. Kularatna-Abeywardana, “A review of supercapacitors: Materials, technology, challenges, and renewable energy
applications,” Journal of Energy Storage, vol. 96, p. 112563, 2024, doi:
10.1016/j.est.2024.112563.