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 und 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 x A/d). Dies wird bei Doppelschichtkondensatoren
optimiert indem zwischen die beiden Kohlenstoff-Elektroden ein organisches Elektrolyt und ein Separator
eingesetzt werden.
Der Separator ist zwar ein
Isolator, aber Ionen-durchlässig. Die Ionen
haben zwei Polaritäten und können deswegen zu beiden Elektroden wandern. Dort bilden sie ein sehr dünnes
Dielektrikum, was die hohe
Energiedichte von Doppelschichtkondensatoren bewirkt. Diese beträgt etwa 5
Wh/kg bis 30 Wh/kg und damit
etwa ein Zehntel der Energiedichte von
Akkus, die
Leistungsdichte ist dagegen hoch und kann
zwischen 10exp3 W/kg bis 10exp6 W/kg liegen. Hinzu kommt, dass Superkondensatoren durchaus eine Million
Ladezyklen vertragen.
Kennwerte
von Superkondensatoren
Die Kapazität von Superkondensatoren liegt weit über der von
Elkos. Sie sind im Gegensatz
zu Akkus impulsbelastbar und können Energie in kürzester
Zeit speichern und wieder abgeben. Die Lade- und Entladezeiten liegen zwischen
1 s und 30 s. Im Vergleich dazu betragen sie bei
Lithium-Ionen-Akkus ca. 3 bis 5 Minuten und bei anderen Akkus zwischen 10 Minuten und
3 Stunden. Superkondensatoren gibt es mit Kapazitätswerten von einigen Farad (F) bis hin zu einigen zehntausend Farad. Mehrere Superkondensatoren können in einer Superkondensatorbank
zu leisstungsstarken Energiespeichern zusammengefügt weren.
Die Zellenspannung von Super-Caps liegt typischerweise bei 2,7 V, max. 3,0 V, der
Ersatzserienwiderstand
(ESR) im Milliohm-Bereich bei Werten zwischen 40 mOhm und 300 mOhm, und die Anzahl an Ladezyklen kann durchaus 1 Million betragen. Letzteres ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber
Akkus.
Der Vorteil der Super-Capacitors liegt darin, dass sie Leistungsspitzen im Netz auffangen und extrem hohe Leistungsdichten innerhalb weniger
Sekunden zur Verfügung stellen können. Eingesetzt werden diese Bauelemente in der
Automotive-Technik in
Hybrid- und Brennstoffzellentechnik, in Startermodulen für Dieselgeräte, in Windkraftanlagen,
USV-Systemen,
Handhelds,
Handys und anderen
Mobilgeräten.
