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 * 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 `10^3` W/kg bis `10^6` 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-Elektrofahrzeugen und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen, in Startermodulen für Dieselgeräte, in Windenergieanlagen, USV-Systemen, Handhelds, Handys und anderen Mobilgeräten.