Der EVerCAP EDLCSuperkondensator: Elektrische Doppelschicht-Kondensatoren

Schneller als Batterien und energieeffizienter als Alu-Elektrolytkondensatoren

Es wäre vielleicht trivial anzumerken, dass einer der Gründe dafür, dass Kondensatoren für die Normalbevölkerung wesentlich weniger bekannt sind als Batterien und Akkus, darin liegt, dass sie eine äußerst lange Lebensdauer haben und nur selten gewartet werden müssen. Batterien und Akkus müssen dagegen ausnahmslos nach einiger zeit ausgetauscht oder aufgeladen werden. Es ist jedoch gerade diese lange Lebensdauer ohne Wartung, die Bauelemente wie den EVerCAPSuperkondensator als Ersatz für herkömmliche Batterien so attraktiv macht, besonders da sie zudem sehr hohe Energiedichte bieten. Dazu kommt, dass Batterien oder Akkus in Elektronikdesigns oft übergroß spezifi ziert werden, um hohe Stromanforderungen erfüllen zu können. Dies kann durch Hybridlösungen eliminiert oder zumindest abgemindert werden, die eine Batterie mit Doppelschicht-Kondensatoren (EDLCs) verbinden. EDLCs sind bereits seit den 1960er Jahren bekannt, aber sie konnten erst in den letzten Jahren in ausreichender Menge hergestellt werden, um wirklich konkurrenzfähig zu sein.

EVerCAPS werden auch als EDLCs (Electric Double-Layer Capacitors) bezeichnet, und es handelt sich dabei im Grunde genommen um Energie-Speicherkomponenten, die in Computern, im Automobilbau und in vielen anderen industriellen Anwendungen anstelle von Batterien oder Akkus eingesetzt werden können. In Bezug auf Energiespeicherung füllen diese Komponenten die Lücke zwischen Aluminium-Elektrolytkondensatoren und Batterien/Akkus. In Anwendungen, in denen sowohl hohe Kapazität als auch schnelle Entladung gefragt ist, bieten diese Geräte bedeutende Vorteile sowohl bei der Unterstützung von Spitzenbedarf als auch beim Lastenausgleich.

EDLCs sind elektrochemische Bauteile mit einer Energiedichte, die um ein Vielfaches höher ist, als die von herkömmlichen Elektrolytkondensatoren, einer deutlich höheren Leistungsdichte und einem Lade-/Entladezyklus, der etwa 100-mal schneller ist als der von Batterien oder Brennstoffzellen (siehe dazu das Energiedichtediagramm in Abb. 1). Generell gibt es zwei verschiedene Arten von EDLC: Versionen mit hoher Leistungsdichte, die große Stromentladungen unterstützen, oder mit hoher Energiedichte, die längere Versorgungszeiten bieten. Dabei ist auch die vermindert Umwelteinwirkung von EDLCs von Bedeutung. EDLCs verwenden Materialien wie Aluminiumfolie, aktivierten Kohlenstoff und Zellulose, aber keine Schadstoffe wie Blei oder Cadmium, die man in Batterien und Akkus fi ndet.

Struktur von EDLCs

Das Konzept von EDLCs ist nicht neu und die Technik, elektrische Energie in einer Doppelschicht an der Schnittstelle zwischen einem Elektrolyten und einem Feststoff zu speichern, ist sogar schon seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Die elektrische Ladung wird in Schichten aus Kohlenstoffpulver mit großen Oberfl ächenbereichen gespeichert, die zwischen der Anode/Kathode und dem Elektrolyt liegen und dem EDLC seinen Namen verleihen (siehe Abb. 2). Die Kapazität eines EDLC basiert auf dem Oberfl ächenbereich der Schichten von aktiviertem Kohlenstoff.

Während eine Batterie ihre Energie chemisch speichert und eine wesentlich höhere Energiedichte als ein Kondensator oder ein EDLC hat, geht in der Batterie eine physische Veränderung zwischen dem geladenen und dem entladenen Zustand vor. Das Laden und Entladen eines Kondensators oder EDLC ist dagegen in erster Linie eine physische Reaktion, wie die Absorption und Dispersion an der Schnittstelle zwischen Elektrode und Elektrolyt, so dass bei der Änderung des Ladungszustands keine bedeutende strukturelle Veränderung des Materials erfolgt. Ein EDLC hat daher eine wesentlich höhere Lebensdauer (mehr als eine Million Lade-/Entladezyklen), aufgrund der nur geringfügigen Zersetzung von Elektrode und Elektrolyt im Vergleich zu Batterien.

Hohe Kapazität, schnelles Laden/Entladen und mehr…

EDLCs haben in den verschiedensten Anwendungsgebieten Interesse erweckt, weil sie ultrahohe Kapazität bieten (mehr als 1000-mal des CVWerts typischer Aluminium-Elektrolyttypen) und in einem Temperaturbereich von –25 bis +60 oder +70˚C eingesetzt werden können. Zusammen mit der langen Lebensdauer sind es wahrscheinlich jedoch die sehr kurzen Lade-/ Entladezeiten (zwischen 30 Sekunden und 30 Minuten, je nach Kapazität), die den größten Vorteil gegenüber herkömmlichen Komponenten darstellen und die daher die Marktchancen des Produkts deutlich verbessern. EDLCs haben außerdem einen sehr niedrigen internen Widerstand und eine sehr hohe Effi zienz von 90 bis 95 % über einen Lade-/Entladevorgang. Schließlich gibt es keinen Memory-Effekt der die Leistung in Ni-Cd Akkus beeinträchtigen kann. Solche Akkus verlieren graduell ihre maximale Energiekapazität, wenn sie wiederholt neu geladen werden, ohne zuvor völlig entladen zu sein.

Anwendungsgebiete

Zu den zentralen Anwendungsgebieten gehören Energiespeicherung und Energieerzeugung – in erster Linie als Ersatz für herkömmliche Batterien/ Akkus. EDLCs sind darüber hinaus sehr attraktiv für Lastenausgleich und regenerative Energiesysteme wie Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs). Ein einzelner, kleiner EDLC kann als Speicher- oder CPU-Ausfallsicherung in Computeranwendungen verwendet werden, und parallel oder in Serie geschaltete ELDCs können große Kondensatorbanken bilden. In bestimmten Bereichen wie Windturbinen, unterbrechungsfreie Stromversorgungen oder Spannungsabfall-Anwendungen können Dutzende von Komponenten erforderlich sein, um die erforderliche Leistung bereitzustellen.

Wichtige Anwendungsfelder für die Energiespeicherung sind:

• Energiesparende und umweltfreundliche Anwendungen, die Speicher für Standby-Strom verwenden, wie z. B. Fernsehgeräte, Set-Top-Boxen, Spielekonsolen, Fernsteuerungen oder Klimaanlagen.

• Als kurzzeitige Überbrückung in verschiedenen Standard Geräten; leichter und langlebiger als herkömmliche Blei-Säure-Batterien.

• In Stromversorgungen für Lebenserhaltungssysteme; Batterien brauchen nicht ausgetauscht zu werden, so dass eine fast völlig wartungsfreie Umgebung entsteht.

• Stromversorgungen im Außengebrauch, die zusammen mit Solarzellen verwendet werden; beispielsweise für Straßenbeleuchtungen und Warnlampen.

Zu den Anwendungsbereichen für den Ausgleich hoher Eingangs-/Ausgangslasten gehören:

• Steuersysteme – für die effi ziente Nutzung elektronischer Geräte; Lastenausgleich zwischen Tages- und Nachtgebrauch, um in Generatorsystemen wie Sonnenkollektoren oder Windturbinen Energie zu sparen.

• In elektrisch angetriebenen und regenerativen Systemen, wie sie z. B. in Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) verwendet werden.

Die EDLC-Produktreihe der EVerCAPs von Nichicon umfasst die Serien UM and UW mit THT-Radialanschluss und Nennwerten von 0,47 bis 82 F bei Spannungen von 2,5 oder 2,7 V. Die Snap-In JC-Serie EverCAPS rangiert von 15 bis zu 150 F bei einer Spannung von 2,5 V. EVerCAP-EDLCs von Nichicon bieten viele Vorteile für verschiedenste Anwendungsgebiete, in denen lange Lebensdauer und schnelles Laden/Entladen gefordert sind. Dies bedeutet, dass der EVerCAP-Superkondensator in vielen Situationen geeignet ist, um herkömmliche Akkus und Batterien zu ersetzen. EVerCAPs liefern saubere Energie und sind aus umweltfreundlichen Materialien gefertigt. Sie enthalten keine schädlichen Stoffe wie Blei oder Cadmium. Darüber hinaus enthalten EDLCs von Nichicon kein Acetonitril in ihren Elektrolyten. Mit seiner hohen Kapazität, niedrigem Widerstand und hoher Zuverlässigkeit wird dieser Hochleistungskondensator von Nichicon bei der Entwicklung der nächsten Generation elektronischer Systeme eine wichtige Rolle spielen.

Veröffentlicht von

Stefan

Blogger mit Leidenschaft und Gründer von KranzKrone! Persönliches wird auf dem BLOG publiziert und Alltäglich erlebtes eher auf YATTER verarbeitet. Und eher sehr sporadisch wird auf dem APFEL noch was an Gedanken zu Apple veröffentlicht.

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