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Letzte Aktualisierung: 22.08.2019
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Wir sparen für Sie bis zu 37% - durch unseren Experten-Vergleich!Superkondensatoren (englisch Supercapacitors, kurz Supercaps oder SC), auch Ultrakondensatoren genannt, sind elektrochemische Kondensatoren (englisch electrochemical capacitors) und als solche eine Weiterentwicklung der Doppelschichtkondensatoren (englisch electric double-layer capacitor, EDLC). Super- und Ultrakondensatoren gewinnen aufgrund ihrer Schnellladefähigkeit und ihrer nahezu unbegrenzten Lebensdauer auch in der Solarwirtschaft zunehmend an Bedeutung. Sie sind ideal für Branchen, in denen eine zuverlässige, sofortige und abrupte Stromversorgung verlangt wird, bieten eine viermal höhere Leistungsdichte und eine bis zu zweimal höhere Energiedichte als traditionelle Energiespeicher.
Die Nippon Electric Company (NEC) produzierte in den 1990er Jahren den ersten kommerziell erfolgreichen Doppelschichtkondensator unter dem Namen "Supercapacitor" und prägte damit den Begriff Superkondensator (engl. supercapacitor). Das Pinnacle Research Institute in den USA führte den „Ultracapacitor“ ein.
Superkondensatoren 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:
Vorteile | Nachteile |
---|---|
Hohe Leistungsdichte | Niedrige Energiedichte |
Schnelles, einfaches Laden | Selbstentladung |
Lebensdauer 105-106 Zyklen oder 10-12 Jahre | Sehr teures Element |
Effizienz bis über 95% | Zellenspannungsüberwachung/ -symmetrierung erforderlich |
Exzellentes Tieftemperaturverhalten |
Die Anwendung von Superkondensatoren ist sehr vielfältig. Sie werden z. B. in Hybridautos als Kurzzeitspeicher eingesetzt und ermöglichen so einen hohen Wirkungsgrad. Auch in Linienbussen werden sie als Speicher für den Antrieb (Laden bei jedem Stopp) verwendet. Darüber hinaus finden sie ebenfalls in Solarsystemen und Windkraftanlagen Anwendung.
Für kurzfristige Stromausfälle werden keine Kilowatt für mehrere Stunden benötigt, sondern häufig Megawatt aber dies nur für wenige Sekunden. Dieses Problem kann durch die Integration von Ultrakondensatoren in Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV-System) integriert.
Damit füllen Super- bzw. Ultrakondensatoren die Lücke zwischen klassischen Kondensatoren und Batterien im Bereich von Farad bis einigen Tausend Farad. Sie nutzen die Speicherprinzipien von Kondensatoren und Batterien:
Speicher-Kriterien | Superkondensator | Batterie | Kondensator |
---|---|---|---|
Zellspannung | ≤ 3 Volt | < 5 Volt | bis Kilovolt |
Zyklenlebensdauer | > 100.000 | < 1.000 | hoch |
Ladezeit | schnell | langsam | sehr schnell |
spezifische Energie | ~ 5 Wh kg-1 | ~ 100 bis 200 Wh kg-1 | sehr gering |
spezifische Leistung | ~ 2 kW kg-1 | < 1 kW kg-1 | gering bis hoch |
Theoretische Energie | W = ½ CU2 | W = QU | W = ½ CU2 |
Entladekennlinie (bei konstantem Strom) | exponentiell | konstante Spannung bis zur Erschöpfung | exponentiell |
Selbstentladung (bei offenen Klemmen) | ~ 15% im Monat | < 10% im Monat | sehr gering |
Leckstrom (beim Laden) | moderat | gering | sehr gering |
Speichermechanismus | elektrostatisch und faradaysch | Redoxchemie mit hoher Aktivierungsspannung | elektrostatisch |
Freie Energie und Zellspannung der Zellreaktion | abhängig vom Beladungsgrad | konstant | keine chemischen Reaktionen |
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