superkondensatoren

Superkondensatoren, häufig als Ultrakondensatoren bezeichnet, sind Energiespeicher, die zwischen klassischen Elektrolytkondensatoren und Batterien angesiedelt sind. Sie speichern Energie durch elektrochemische Prozesse, die eine sehr hohe Leistungsfähigkeit bei kurzen Lade- und Entladezeiten ermöglichen.

Es werden hauptsächlich zwei Funktionsweisen unterschieden: elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (EDLCs), bei denen Energie rein durch Bildung einer Ladungsschicht an der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektroden gespeichert wird, und Pseudokapazitoren, bei denen schnelle Redox-Reaktionen auf bestimmten Materialien (z. B. Metalloxide oder leitfähige Polymere) zusätzlich Energie bereitstellen. Hybride Ultrakondensatoren kombinieren beide Mechanismen.

Typische Elektrodenmaterialien sind poröse Kohlenstoffe wie Aktivkohle, Kohlenstoffe mit hohem Oberflächenbereich (Kohlenstoffnanoröhren, Graphen). Elektrolyte reichen von wässrigen Lösungen bis zu organischen Lösungsmitteln und Ionenbreiten, zuletzt ionische Flüssigkeiten, die höhere Spannungen erlauben. Die Zellspannungen liegen meist bei 2,5–3,0 V pro Zelle; Packs auf Serienbasis ermöglichen höhere Gesamtspannungen.

Kernkennwerte: hohe Leistungsdichte, schnelle Lade- und Entladezeiten, sehr lange Lebensdauer (typisch 100.000 bis über eine Million Zyklen) und geringe Selbstentladung im Vergleich zu Batterien. Allerdings sind Energiedichte und Speicherkapazität im Allgemeinen geringer als bei Lithium-Ion-Batterien. Wärmeempfindlichkeit und Sicherheitsaspekte variieren je nach Elektrolyt.

Anwendungen: Energiespeicherung mit hohem Leistungsbedarf wie regenerative Bremssysteme in Fahrzeugen, UPS-Systeme, Netzstabilisierung, Leistungsabgabe in tragbaren Geräten, Not- oder Startversorgungen sowie Strompuffer in Telekommunikations- und Industrieanlagen.

Die Entwicklung konzentriert sich auf die Steigerung der Energiedichte, die Verringerung der Kosten und die Verbesserung der Sicherheits- und Umweltverträglichkeit durch fortschrittliche Elektrolyte und Elektrodenmaterialien.