Doppelschicht-Kondensatoren EDLCs als Ersatz für Batterien und Akkus

Batterien und Akkus haben als Energieträger einige Nachteile. Dies können je nach Anwendung u.a. das Gewicht, Memoryeffekte oder die beschränkte Anzahl von Lade- und Entladezyklen sein. Elkos hingegen haben eine relativ geringe Leistungsdichte. Als Alternative für viele Anwendungen bieten sich Doppelschichtkondensatoren an. Sie sind leistungsstark, umweltfreundlich und in Sekunden aufladbar.

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ACTRON AG

Bicker Elektronik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Doppelschichtkondensatoren sind wie Elektrolytkondensatoren und Akkumulatoren hochkapazitive Energiespeicher. In Zukunft werden EDLCs (Electrochemical Double-Layer Capacitors) in vielen Applikationen zu finden sein. Der Vorteil ist dabei eine hohe Stromentnahmefähigkeit, eine sehr große Lebensdauer mit mehr als 500.000 Lade- und Entladezyklen sowie einer daraus resultierenden hohen Wartungsfreiheit.

Diese Kondensatoren sind auf Grund ihrer Energiespeicherfähigkeit zwischen Aluminiumelkos und Batterien bzw. Akkus angesiedelt (Bild 1). Dieses macht sie für eine große Anzahl von Anwendungen in der Elektrotechnik interessant.

Aufbau und Arbeitsweise des EDLC

Doppelschichtkondensatoren ähneln vom grundsätzlichen Aufbau dem Elektrolytkondensator. Die Elektroden bestehen aus aktiviertem Kohlenstoff. Dieser hat nicht nur die Eigenschaft einer sehr großen Oberfläche von 300 bis 3000 m2/g, sondern ist auch elektronenleitend und chemisch inert. Der ionendurchlässige Separator, der einen Kurzschluss durch Berührung verhindert, ist mit einem Elektrolyten getränkt. Als Elektrolyt werden organische Lösungen aus speziellen Salzen eingesetzt. Die Dissoziationsspannung dieser Salze liegt bei mehr als 2,5 V.

Das Anlegen einer Spannung an den Kondensator bewirkt, dass sich an der Oberfläche der Elektroden Ionen umgekehrter Polarisation sammeln (Bild 2). Diese bilden eine Zone unbeweglicher Elektronen, die auch als Helmholtz-Schicht bezeichnet wird. Durch das Zusammenspiel der großen Oberfläche mit der sehr dünnen Grenzschicht kommen sehr hohe Kapazitätswerte zustande. Wichtigstes Kriterium, ob der Einsatz dieses Kondensatortyps in Frage kommt, ist die Leistungsdichte. Diese, gemessen in W/kg, ist relativ hoch, da das Gewicht der EDLCs sehr gering ist.

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