Was sind Superkondensatoren?

Die Doppelschichtkapazität ist elektrostatischen Ursprungs, während die Pseudokapazität elektrochemisch ist, was bedeutet, dass Superkondensatoren die Funktionsweise normaler Kondensatoren mit der einer normalen Batterie kombinieren. Die mit dieser Technologie erzielten Kapazitäten können bis zu 12000 F betragen. Im Vergleich dazu beträgt die Eigenkapazität des gesamten Planeten Erde nur etwa 710 µF, also mehr als 15 Millionen Mal weniger als die Kapazität eines Superkondensators. Während ein gewöhnlicher elektrostatischer Kondensator eine hohe maximale Betriebsspannung haben kann, liegt die typische maximale Ladespannung eines Superkondensators zwischen 2,5 und 2,7 Volt. Superkondensatoren sind polare Bauelemente, d. h. sie müssen genau wie Elektrolytkondensatoren richtig an den Stromkreis angeschlossen werden. Genaue Informationen zu Superkondensatoren gibt es auf: https://www.tme.eu/de/katalog/superkondensatoren_113190/

Aufbau

Der Aufbau von Superkondensatoren ähnelt dem von Elektrolytkondensatoren, da sie aus zwei Folienelektroden, einem Elektrolyt und einem Folienseparator bestehen. Der Separator befindet sich zwischen den Elektroden, und die Folie wird in eine Form gerollt oder gefaltet, in der Regel zylindrisch oder rechteckig. Diese gefaltete Form wird in ein Gehäuse gelegt, mit Elektrolyt imprägniert und hermetisch verschlossen. Der Elektrolyt, der bei der Herstellung von Superkondensatoren verwendet wird, sowie die Elektroden unterscheiden sich von denen, die in gewöhnlichen Elektrolytkondensatoren verwendet werden.

Eigenschaften und Vorteile

1. Aufladezeit

Superkondensatoren haben Lade- und Entladezeiten, die mit denen von herkömmlichen Kondensatoren vergleichbar sind. Aufgrund ihres geringen Innenwiderstands lassen sich hohe Lade- und Entladeströme erzielen. Batterien brauchen in der Regel bis zu mehreren Stunden, um einen vollen Ladezustand zu erreichen - ein gutes Beispiel ist ein Handy-Akku, während Superkondensatoren in weniger als zwei Minuten auf den gleichen Ladezustand gebracht werden können.

2.Spezifische Leistung

Die spezifische Leistung einer Batterie oder eines Superkondensators ist ein Maß für den Vergleich verschiedener Technologien in Bezug auf die maximale Leistungsabgabe geteilt durch die Gesamtmasse des Geräts. Superkondensatoren haben eine spezifische Leistung, die 5 bis 10 Mal höher ist als die von Batterien. Während beispielsweise Li-Ionen-Batterien eine spezifische Leistung von 1 - 3 kW/kg haben, liegt die spezifische Leistung eines typischen Superkondensators bei etwa 10 kW/kg. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen schnelle Energieschübe aus dem Speicher freigesetzt werden müssen.

3. Zyklusdauer

Superkondensatoren können millionenfach geladen und entladen werden und haben eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer, während Batterien nur eine Lebensdauer von 500 Zyklen und mehr haben. Dies macht Superkondensatoren sehr nützlich für Anwendungen, bei denen eine häufige Speicherung und Abgabe von Energie erforderlich ist.

4. Sicherheit

Superkondensatorbatterien sind sicherer als herkömmliche Batterien, wenn sie falsch behandelt werden. Während Batterien dafür bekannt sind, dass sie durch übermäßige Erwärmung explodieren, wenn sie kurzgeschlossen werden, erhitzen sich Superkondensatoren aufgrund ihres geringen Innenwiderstands nicht so stark. Wird ein vollständig geladener Superkondensator kurzgeschlossen, wird die gespeicherte Energie schnell freigesetzt, was zu Lichtbögen führen und das Gerät beschädigen kann, aber im Gegensatz zu Batterien ist die entstehende Wärme kein Problem.

Nachteile

Ein Nachteil ist ihre relativ geringe spezifische Energie. Die spezifische Energie ist ein Maß für die gesamte im Gerät gespeicherte Energie geteilt durch sein Gewicht. Während Li-Ionen-Batterien, die üblicherweise in Mobiltelefonen verwendet werden, eine spezifische Energie von 100-200 Wh/kg haben, können Superkondensatoren in der Regel nur 5 Wh/kg speichern. Das bedeutet, dass ein Superkondensator, der die gleiche Kapazität wie eine normale Batterie hat, bis zu 40 Mal so viel wiegen würde.

Ein weiterer Nachteil ist eine lineare Entladespannung. So würde beispielsweise eine Batterie mit einer Nennspannung von 2,7 V bei 50 % Ladung immer noch eine Spannung von annähernd 2,7 V abgeben, während ein Superkondensator mit einer Nennspannung von 2,7 V bei 50 % Ladung genau die Hälfte seiner maximalen Ladespannung - 1,35 V - abgeben würde.

Fazit

Da Superkondensatoren die Lücke zwischen Batterien und Kondensatoren schließen, können sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Eine interessante Anwendung ist die Energiespeicherung in KERS oder dynamischen Bremssystemen (Kinetic Energy Recovery System) in der Autoindustrie. Mögliche zukünftige Anwendungen von Superkondensatoren sind Mobiltelefone, Laptops, Elektroautos und alle anderen Geräte, die derzeit mit Batterien betrieben werden. Der größte Vorteil aus praktischer Sicht ist die sehr schnelle Aufladung, so dass es ausreichen würde, ein Elektroauto für einige Minuten an ein Ladegerät anzuschließen, um die Batterie vollständig aufzuladen.