Was ist ein Superkondensator?

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

In der Zwischenzeit durchläuft das dielektrische Material zwischen den Elektroden einen Prozess, der als „dielektrische Polarisation“ bekannt ist und zu einer erhöhten Kapazität beiträgt.

Superkondensatoren funktionieren nach den gleichen Prinzipien, mit der Ausnahme, dass das Verkeilungsmaterial eine Elektrolytlösung und kein Dielektrikum ist. Bei angelegter Spannung bildet sich eine „elektrische Doppelschicht“, die sowohl negative als auch positive Ladungen entlang der Grenzen der Elektroden und der Elektrolytlösung ausrichtet.

Dieser Standort dient als Lager für elektrische Ladungen. Zur Vergrößerung von Grenzflächen wird häufig Aktivkohle eingesetzt. Dies liegt daran, dass die Kapazität eines Superkondensators proportional zur Fläche der „elektrischen Doppelschicht“ ist. Diese Aktivkohle ist ein bekanntes poröses Material mit zahlreichen Oberflächenlöchern, die dabei helfen, eine große Oberfläche abzudecken.

Superkondensatoren haben aufgrund der Elektrolytlösung und der Elektroden den gleichen Aufbau wie eine typische Batterie zur Stromspeicherung. In einer Batterie finden chemische Reaktionen zwischen der Elektrolytlösung und den Elektroden statt; Superkondensatoren ermöglichen jedoch nur die Bewegung von Elektronen zwischen Elektroden. Aufgrund dieser Unterschiede unterscheiden sich die Eigenschaften einer Batterie und eines Superkondensators.

Was sind die Vorteile eines Superkondensators?

Ladezeit

Die Lade- und Entladezeiten von Superkondensatoren entsprechen denen herkömmlicher Kondensatoren. Aufgrund ihres geringen Innenwiderstands können sie erhebliche Lade- und Entladeströme erzielen. Das vollständige Aufladen von Akkus kann viele Stunden dauern – ein Handy-Akku ist ein gutes Beispiel –, während Superkondensatoren den gleichen Ladezustand in weniger als zwei Minuten erreichen können.

Definitive Macht

Die spezifische Energie einer Batterie oder eines Superkondensators ist eine Kennzahl zur Bewertung verschiedener Technologien basierend auf der maximalen Leistungsabgabe geteilt durch die Gesamtmasse des Geräts. Superkondensatoren haben eine spezifische Leistung, die fünf- bis zehnmal so hoch ist wie die von Batterien. Während Li-Ionen-Batterien beispielsweise 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 bei Anwendungen, bei denen das Speichergerät Energie in kurzen Stößen freigeben muss.

Lebenszyklus und Sicherheit eines Superkondensators

Bei ungerechter Behandlung sind Superkondensatorbatterien sicherer als Standardbatterien. Wenn Batterien kurzgeschlossen werden, kommt es aufgrund übermäßiger Erwärmung zu einer Selbstentzündung; Allerdings erwärmen sich Superkondensatoren aufgrund ihres geringen Innenwiderstands nicht so stark. 

Superkondensatoren können mit minimaler Verschlechterung mehr als 15.000 Mal geladen und entladen werden, während ein normaler Lithium-Ionen-Akku bei gleichem Verlust nur 300 Mal oder weniger geladen und entladen werden kann. Dies macht Superkondensatoren äußerst nützlich für Anwendungen, die eine häufige Energiespeicherung und -abgabe erfordern.

Quelle: Dotmod