Kondensatoren Aerogel-Superkondensatoren für Impulsleistungen

Durch die nahezu unendliche Lebensdauer, den sehr niedrigen Leckstrom, die gute Leistungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen und hohe Leistungsdichte sind PowerStor-Superkondensatoren durchaus geeignet, um Batterietechnologien zu unterstützen oder zu ersetzen. Diese Kondensatoren sind in verschiedenen Varianten mit extrem niedrigem ESR-Wert oder hoher Kapazität pro Volumen verfügbar.

Superkondensatoren, die auch als Ultrakondensatoren oder als elektro-chemische Doppelschicht-Kondensatoren (EDLC) bezeichnet werden, liegen in ihrer Leistungsfähigkeit zwischen Batterien (hohe Energiedichte und geringe Leistungsdichte) und Elektrolytkondensatoren (geringe Energiedichte und hohe Leistungsdichte). 

Der Begriff PowerStor-Aerogel-Kondensatoren indes steht für Superkondensatoren mit Aerogel-Kohlenstoff als aktives Material; und zwar im Gegensatz zum Industriestandard, der dafür Aktivkohle verwendet. Mit Hilfe von Aerogel-Kohlenstoff kann man Kondensatoren produzieren, die mit einem sehr niedrigen Innenwiderstand (ESR) und einer hohen Kapazität pro Volumen (bis zu 7 F/cm³) aufwarten.

Aerogel-Kondensatoren werden oftmals auch als kleine Batterie bezeichnet, da eine ähnliche Energiespeicherfähigkeit erreicht wird. Sie bieten zudem aber deutliche Vorteile gegenüber der Batterietechnologie. Die Tabelle stellt einen Leistungsvergleich zwischen Batterie und Aerogel-Kondensator auf und lässt erkennen, dass Aerogel-Superkondensatoren eine viel höhere Leistungsdichte haben als Batterien und auch eine deutlich längere Lebensdauer erreichen:

Kenndaten

Superkondensatoren

Batterien
Spannung2,5 bis 5 V1,2 bis 4,2 V
Zul. Betriebstemperatur- 40 bis 70 bzw. 85°C- 20 bis +60 °C
Zyklenfestigkeit> 300.000300 bis 1.000
Energiedichte (Wh/I)1 bis 10100 bis 350
Leistungsdichte (W/I)1.000 bis 10.000100 bis 800
Ladedauereinige Sekunden bis Minutenmehrere Stunden
Vergleich der maßgeblichen Kenndaten sowohl von Aerogel-Kondensatoren als auch von Batterien bzw. Akkus

Auf Grund dieser Vorteile - in Kombination mit einem sehr niedrigen Leckstrom und einer guten Leistungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen - sind die Aerogel-Kondensatoren als Ersatz für Batterien sowie für den Einsatz in Anwendungen mit hoher Impulsleistung geeignet.

Für Applikationen mit impulsförmiger Leistungsabgabe

Anwendungen wie GSM-Telefone oder Ansteuerungen für Ventile und Magnetspulen benötigen lediglich für kurze Zeitpulse vergleichsweise hohe Strommengen und werden in Bezug auf die erforderliche Stromversorgung meist überdimensioniert. Letztere ließe sich bei einem Design mit Superkondensatoren hinsichtlich Größe und Gewicht merklich kompakter realisieren.

Würde man einen Superkondensator mit einer Batterie parallelschalten, so entstünde  dabei ein hybrider Batteriekondensator mit niedriger Impedanz. Die kontinuierliche Stromversorgung und das Aufladen des Kondensators würden künftig über die Batterie erfolgen, während der Kondensator den Spitzenstrom liefert.

Bei derartigen Anwendungen gerät der Innenwiderstand des Kondensators zur dominierenden Einflussgröße, da der größte Teil des Spannungseinbruchs zwischen Kondensator und Last durch den Innenwiderstand verursacht wird. Und da es sich hier um Anwendungen mit impulsförmigen Strömen handelt, hat Cooper Bussmann eigens dafür Kondensatoren entwickelt, die als PowerStor-M-Serie mit einem extrem niedrigen Innen-widerstand aufwarten. Lieferbar sind Kapazitätswerte von 1 bis 9 F, und zwar mit einem Innenwiderstand zwischen 30 und 200 mΩ.