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Was ist ein Superkondensator?

Standardkondensatoren bestehen aus zwei Metallplatten oder Elektroden, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Wenn eine Spannung angelegt wird, sammeln sich die Elektronen an einer der Elektroden und speichern die elektrische Ladung.

In der Zwischenzeit durchläuft das zwischen den Elektroden befindliche Dielektrikum einen Prozess, der als "dielektrische Polarisierung" bezeichnet wird und zur Erhöhung der Kapazität beiträgt.

Superkondensatoren funktionieren nach demselben Prinzip, mit dem Unterschied, dass das Verkeilungsmaterial eine elektrolytische Lösung und nicht ein dielektrischer Inhalt ist. Beim Anlegen einer Spannung bildet sich eine "elektrische Doppelschicht", die sowohl negative als auch positive Ladungen entlang der Grenzen zwischen den Elektroden und der elektrolytischen Lösung ausrichtet.

Dieser Ort dient als Speicher für elektrische Ladungen. Aktivkohle wird häufig verwendet, um die Größe der Grenzflächen zu erhöhen. Der Grund dafür ist, dass die Kapazität eines Superkondensators proportional zur Fläche der "elektrischen Doppelschicht" ist. Diese Aktivkohle ist ein bekanntes poröses Material mit zahlreichen Oberflächenlöchern, die dazu beitragen, eine große Oberfläche zu bedecken.

Superkondensatoren haben aufgrund der Elektrolytlösung und der Elektroden die gleiche Struktur wie eine typische Batterie zur Stromspeicherung. In einer Batterie finden chemische Reaktionen zwischen der Elektrolytlösung und den Elektroden statt; bei Superkondensatoren können sich Elektronen jedoch nur zwischen den Elektroden bewegen. Aufgrund dieser Unterschiede unterscheiden sich die Eigenschaften einer Batterie und eines Superkondensators.

Was sind die Vorteile eines Superkondensators?

Aufladezeit

Die Lade- und Entladezeiten von Superkondensatoren entsprechen denen von herkömmlichen Kondensatoren. In Anbetracht ihres geringen Innenwiderstands können sie erhebliche Lade- und Entladeströme erreichen. Batterien können viele Stunden brauchen, um vollständig aufgeladen zu werden - ein Handy-Akku ist ein gutes Beispiel dafür -, während Superkondensatoren den gleichen Ladezustand in weniger als zwei Minuten erreichen.

Bestimmte Leistung

Die spezifische Energie einer Batterie oder eines Superkondensators ist eine Kennzahl zur Bewertung verschiedener Technologien, die auf der maximalen Ausgangsleistung geteilt durch die Gesamtmasse des Geräts beruht. Superkondensatoren haben eine spezifische Leistung, die 5 bis 10 Mal so hoch ist wie die von Batterien. Während beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien eine spezifische Leistung von 1 - 3 kW/kg haben, hat ein typischer Superkondensator eine spezifische Leistung von etwa 10 kW/kg. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen das Speichermedium Energie in kurzen Stößen abgeben muss.

Lebenszyklus und Sicherheit eines Superkondensators

Super-Kondensatorbatterien sind sicherer als Standardbatterien, wenn man sie nicht falsch behandelt. Wenn Batterien kurzgeschlossen werden, sind sie dafür bekannt, dass sie sich aufgrund übermäßiger Erwärmung spontan entzünden; Superkondensatoren erhitzen sich jedoch aufgrund ihres geringen Innenwiderstands nicht so stark.

Das Kurzschließen eines voll aufgeladenen Superkondensators führt zu einer schnellen Freisetzung der gespeicherten Energie, was zu einem elektrischen Lichtbogen und einer Beschädigung des Geräts führen kann, aber im Gegensatz zu Batterien ist die entstehende Wärme kein Problem.

Superkondensatoren können über 15.000 Mal mit minimaler Verschlechterung geladen und entladen werden, während eine normale Lithium-Ionen-Batterie nur 300 Mal oder weniger mit demselben Verlust geladen und entladen werden kann. Dies macht Superkondensatoren äußerst nützlich für Anwendungen, die eine häufige Energiespeicherung und -abgabe erfordern.