Doppelschichtkondensatoren Hohe Lebensdauer, niedrige Widerstandswerte

Superkondensatoren kommen in zahlreichen Applikationen zum Einsatz
Superkondensatoren kommen in zahlreichen Applikationen zum Einsatz

Die Kapazität von Doppelschichtkondensatoren hängt u.a. von der Oberflächengröße der elektrischen Doppelschicht ab. Aus Aktivkohle wird eine große Oberfläche geschaffen, die eine Kapazität bis 100 µF möglich macht. Diese kombiniert Panasonic bei der HL-Serie mit einem umweltfreundlichen Elektrolyt.

Superkondensatoren, die sowohl eine hohe Kapazität als auch eine hohe Stromabgabe bieten, können für Lösungen zur Energiespeicherung genutzt werden, bei denen der Bauraum sehr begrenzt ist. Wird der Superkondensator als Reservestromversorgung während hoher Stromabgaben genutzt, kann er zu einer Verringerung der Größe der Versorgungseinheiten beitragen, für eine höhere Stromabgabe sorgen und die Leistung insgesamt verbessern. Ultrakondensatoren verfügen heute über eine hohe Energie- und Leistungsdichte, daher werden immer neue Anwendungen für elektrische Doppelschichtkondensatoren entwickelt.

Einige Anwendungsmöglichkeiten für Ultrakondensatoren – beispielsweise von Panasonic Automotive & Industrial Systems – sind im Folgenden aufgeführt:

Speicherung/ Datensicherung des Cache-Speichers für den Fall eines Stromausfalls

Besonders interessant für den typischen Konstruktionsingenieur sind Anwendungen in der Unterhaltungselektronik, bei Computern und im Bereich Kommunikation. Superkondensatoren werden häufig in diesen Produkten verbaut, um den Speicher zu schützen. Die interne Reservestromversorgung ist eine andere gängige Anwendung. Der Superkondensator kann entweder als Batterieersatz oder als kurzzeitige redundante Reservestromversorgung eingesetzt werden. In solchen Fällen kann der Kondensator kurzzeitig als Versorgung einspringen. Batterien sind in diesen Anwendungen die Alternative der Kondensatoren. Batterien verfügen im Allgemeinen über keine hohe Produktlebensdauer und müssen daher regelmäßig ausgetauscht werden. Verbrauchergeräte sind heute dahingehend billig, dass die Kosten einer Batterie bis zu 20 % des Gerätepreises ausmachen können. Elektrische Doppelschichtkondensatoren sind deshalb aufgrund ihrer hohen Lebensdauer eine gute Wahl als Reservestromversorgung. Im Bild ist der Schaltplan für die Speichersicherung des Taktspeichers mithilfe eines Superkondensators zu sehen.

Applikationen im Automobilbau

Die Batterien von Elektrofahrzeugen unterliegen Beschränkungen in verschiedenen Bereichen. Hierzu zählen ihre geringe Leistungsdichte, die begrenzte Anzahl an Lade-/Entladezyklen, ihre hohen Temperaturabhängigkeit und ihre langen Ladezeiten.

Ultrakondensatoren unterliegen solchen Beschränkungen aufgrund ihrer Technologie nicht, wenngleich sie andere Einschränkungen aufweisen: beispielsweise eine geringe Energiedichte und hohe Kosten. Die Kombination verschiedener Speichervorrichtungen kann aus diesem Grund eine gute Alternative sein. Spitzenlastanforderungen, die sich beim Beschleunigen oder Bergauffahren ergeben, kann mit einer hoch leistungsfähigen Vorrichtung wie einer Bank aus Superkondensatoren begegnet werden. Die Verwendung von Superkondensatoren ermöglicht auch das regenerative Bremsen.

Anwendungen im Bereich erneuerbarer Energien

In Fotovoltaik-Anwendungen müssen Batterien wegen der permanenten Schaltvorgänge, die einen nachteiligen Effekt auf die Batterien haben, alle 3 bis 7 Jahre ersetzt werden. Superkondensatoren hingegen können schnell geladen und entladen werden und bieten auch längere Zyklen als Batterien; sie müssen daher nur alle 20 Jahre ersetzt werden, was der Lebensdauer von Fotovoltaik-Modulen entspricht. Die Lebenszykluskosten sind daher mangels regelmäßiger Wartungsarbeiten geringer.

Die Energieeffizienz ist bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien immer von größter Bedeutung; Superkondensatoren weisen eine höhere Ladeeffizienz als Batterien auf. Eine Bleisäurebatterie kann während des Ladens beispielsweise bis zu 30 % der Energie verlieren.

Im Gegensatz dazu verlieren elektrische Doppelschichtkondensatoren lediglich bis zu 10 %. Auch die Möglichkeit, innerhalb eines größeren Temperaturbereichs betrieben zu werden, ist ein weiterer Vorteil von Superkondensatoren. Manche entfernt gelegenen Stationen befinden sich in kalten Regionen, und wenn Batterien für die Energiespeicherung eingesetzt werden, muss die Temperatur durch zusätzliche Systeme nahe Raumtemperatur gehalten werden, was weitere Kosten und einen zusätzlichen Energieverbrauch nach sich zieht.