Der Superkondensator

Superkondensator (SK) oder Supercap

Nicht jeder Energiespeicher muss auf Lithium-Ionen oder Metallhybriden basieren, wie jetzt die so genannten Superkondensatoren oder Supercaps zeigen. Diese Speicher können Kapazitäten bis 10.000 Farad erreichen und übertreffen Blei- und Li-Ion-Akkus bei bestimmten Eigenschaften um Längen.Superkondensatoren oder Ultra-Kondensatoren, auch bekannt als Super-Caps oder Ultra-Caps, sind Kondensatoren, die sich durch eine extrem hohe Kapazität von bis zu mehreren tausend Farad auszeichnen.

Es können Doppelschichtkondensatoren (DSK) sein oder auch Lithium-Ionen-Kondensatoren ( LiC). Superkondensatoren sind zwischen klassischen Kondensatoren und wiederaufladbaren Batterien anzusiedeln. Sie können als Energiespeicher eingesetzt werden.Generell wird die Kapazität von Kondensatoren aus dem Quotienten der Fläche der Elektroden (A) zum Abstand (d) zueinander und der Dielektrizitätskontanten ( DK) bestimmt: (C = DK * A / d).

Dies wird bei Doppelschichtkondensatoren optimiert indem zwischen den beiden Kohlenstoff-Elektroden ein organisches Elektrolyt und ein Separator eingesetzt wird.

Wo lassen sich Supercaps einsetzen?
Das Einsatzgebiet von Superkondensatoren reicht von der Bereitstellung kleinster Ströme zum Datenerhalt von statischen Speichern (SRAM) in elektronischen Geräten bis in den Bereich der Leistungselektronik. So werden Supercaps zum Beispiel als Energiespeicher im KERS-System von Formel-1-Rennwagen oder bei der Nutzbremsung von Bussen und Bahnen eingesetzt.Fazit
Supercaps sind elektrische Kondensatoren mit einer ungewöhnlich hohen Leistungsdichte. Im Vergleich zu normalen elektrolytischen Aluminium Kondensatoren verfügen Supercaps über eine tausendfach höhere Kapazität. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus bieten Ultrakondensatoren deutlich mehr Leistung und eine längere Lebensdauer. Von EDLCs profitieren besonders Anwendungen, die ein Vielfaches der Ausgangsleistung benötigen, die ein Lithium-Ionen-Akku allein nicht liefern kann. In diesen Anwendungen fungiert der Supercap als Peak-Power-Unterstützung, in dem die Spitzenleistung durch den EDLC aufgefangen wird. Damit wird der Lithium-Ionen-Akku entlastet und seine Lebensdauer verlängert. Als Beispiel für ein solches hybrides System kann der Einsatz in einem Akkuschrauber genannt werden.

Wie funktionieren Supercaps?

Supercaps arbeiten nach einem anderen Prinzip der Ladungsspeicherung, als Akkus. Superkondensatoren bestehen aus elektrochemischen Doppelschichten auf Elektroden, die mit einem Elektrolyt befeuchtet sind. Beim Anlegen einer Spannung sammeln sich an beiden Elektroden Ionen entgegengesetzter Ladung und bilden hauchdünne Zonen von unbeweglichen Ladungsträgern. Anders als bei Akkus tritt nur eine Ladungsverschiebung, aber keine chemische Stoffänderung auf.

Superkondensatoren gliedern sich, bedingt durch die Ausführung ihrer Elektroden, in drei unterschiedliche Kondensatorfamilien:

Doppelschichtkondensatoren besitzen Kohlenstoffelektroden oder deren Derivate mit einer sehr hohen statischen Doppelschichtkapazität. Der Anteil der faradayschen Pseudokapazität an der Gesamtkapazität ist nur gering.

Pseudokondensatoren besitzen Elektroden aus Metalloxiden oder aus leitfähigen Polymeren und haben einen sehr hohen Anteil faradayscher Pseudokapazität.

Hybridkondensatoren besitzen asymmetrische Elektroden, eine mit einer hohen Doppelschicht-, die zweite mit einer hohen Pseudokapazität. Zu den Hybridkondensatoren gehören die Lithium-Ionen-Kondensatoren.
Die Spannung pro Zelle ist bei den Supercap  2,5 V. Wenn höhere Spannungen gebraucht werden, ist eine Serienschaltung der Kondensatoren nötig.

Diese Kondensatoren sind gepolt.