Ein Kondensator ist ein Bauteil, das elektrische Ladung speichert. Das Energiespeicherprinzip von herkömmlichen Kondensatoren und Ultrakondensatoren (EDLC) ist dasselbe: Beide speichern Ladung in Form eines elektrostatischen Feldes. Superkondensatoren eignen sich jedoch besser für die schnelle Freisetzung und Speicherung von Energie, insbesondere für Geräte mit präziser Energiesteuerung und kurzzeitiger Lastaufnahme.
Im Folgenden werden die wichtigsten konventionellen Kondensatoren und Superkondensatoren erläutert.
| Vergleichsartikel | Konventioneller Kondensator | Superkondensator |
| Überblick | Ein herkömmlicher Kondensator ist ein dielektrischer Speicher für statische Ladung, der eine permanente Ladung speichern kann und weit verbreitet ist. Er ist ein unverzichtbares elektronisches Bauteil im Bereich der elektronischen Leistungselektronik. | Der Superkondensator, auch bekannt als elektrochemischer Kondensator, Doppelschichtkondensator, Goldkondensator oder Faraday-Kondensator, ist ein elektrochemisches Bauelement, das in den 1970er und 1980er Jahren entwickelt wurde, um Energie durch Polarisation des Elektrolyten zu speichern. |
| Konstruktion | Ein herkömmlicher Kondensator besteht aus zwei Metallleitern (Elektroden), die parallel zueinander angeordnet sind, sich aber nicht berühren, mit einem dazwischenliegenden isolierenden Dielektrikum. | Ein Superkondensator besteht aus einer Elektrode, einem Elektrolyten (der Elektrolytsalz enthält) und einem Separator (der den Kontakt zwischen der positiven und der negativen Elektrode verhindert). Die Elektroden sind mit Aktivkohle beschichtet, die winzige Poren auf ihrer Oberfläche aufweist, um die Oberfläche der Elektroden zu vergrößern und so mehr Strom zu sparen. |
| Dielektrische Materialien | Als Dielektrikum zwischen den Elektroden in Kondensatoren werden Aluminiumoxid, Polymerfilme oder Keramiken verwendet. | Ein Superkondensator besitzt kein Dielektrikum. Stattdessen nutzt er anstelle eines Dielektrikums eine elektrische Doppelschicht, die an der Grenzfläche zwischen einem Feststoff (Elektrode) und einer Flüssigkeit (Elektrolyt) gebildet wird. |
| Funktionsprinzip | Das Funktionsprinzip eines Kondensators besteht darin, dass die Ladung durch die Kraft im elektrischen Feld bewegt wird. Befindet sich zwischen den Leitern ein Dielektrikum, behindert dieses die Ladungsbewegung und führt zu einer Ladungsansammlung auf dem Leiter, was eine Speicherung der Ladung zur Folge hat. | Superkondensatoren hingegen erreichen eine Doppelschicht-Ladungsspeicherung durch Polarisierung des Elektrolyten sowie durch redox-pseudokapazitive Ladungen. Der Energiespeicherprozess von Superkondensatoren ist reversibel und findet ohne chemische Reaktionen statt, sodass sie hunderttausende Male wiederholt geladen und entladen werden können. |
| Kapazität | Geringere Kapazität. Die allgemeine Kapazität liegt im Bereich von wenigen pF bis zu mehreren tausend μF. | Größere Kapazität. Die Kapazität eines Superkondensators ist so hoch, dass er als Batterie eingesetzt werden kann. Sie hängt vom Abstand zwischen den Elektroden und deren Oberfläche ab. Um die Oberfläche zu vergrößern und somit eine hohe Kapazität zu erzielen, werden die Elektroden daher mit Aktivkohle beschichtet. |
| Energiedichte | Niedrig | Hoch |
| Spezifische Energie | <0,1 Wh/kg | 1-10 Wh/kg |
| Spezifische Leistung | 100.000+ Wh/kg | 10.000+ Wh/kg |
| Lade-/Entladezeit | Die Lade- und Entladezeiten herkömmlicher Kondensatoren liegen typischerweise bei 10³-10⁶ Sekunden. | Ultrakondensatoren können Ladung schneller abgeben als Batterien, in nur 10 Sekunden, und speichern mehr Ladung pro Volumeneinheit als herkömmliche Kondensatoren. Deshalb werden sie als eine Art Zwischenlösung zwischen Batterien und Elektrolytkondensatoren angesehen. |
| Lebensdauer der Lade-/Entladezyklen | Kürzer | Länger (in der Regel 100.000+, bis zu 1 Million Zyklen, mehr als 10 Jahre Anwendungsdauer) |
| Lade-/Entladeeffizienz | >95% | 85%-98% |
| Betriebstemperatur | -20 bis 70℃ | -40 bis 70℃ (Bessere Eigenschaften bei extrem niedrigen Temperaturen und ein größerer Temperaturbereich) |
| Nennspannung | Höher | Untere (typischerweise 2,5 V) |
| Kosten | Untere | Höher |
| Vorteil | Weniger Verlust Hohe Integrationsdichte Wirk- und Blindleistungsregelung | Lange Lebensdauer Extrem hohe Kapazität Schnelllade- und Entladezeit Hoher Laststrom Erweiterter Betriebstemperaturbereich |
| Anwendung | ▶Gleichmäßige Stromversorgung am Ausgang; ▶Leistungsfaktorkorrektur (PFC); ▶Frequenzfilter, Hochpass-, Tiefpassfilter; ▶Signalkopplung und -entkopplung; ▶Motoranlasser; ▶Puffer (Überspannungsschutz und Rauschfilter); ▶Oszillatoren. | ▶Neue Energiefahrzeuge, Eisenbahnen und andere Transportanwendungen; ▶Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) als Ersatz für Elektrolytkondensatoren; ▶Stromversorgung für Mobiltelefone, Laptops, Handheld-Geräte usw.; ▶ Wiederaufladbare elektrische Schraubendreher, die in wenigen Minuten vollständig aufgeladen werden können; ▶Notbeleuchtungssysteme und elektrische Hochleistungsimpulsgeräte; ▶ICs, RAM, CMOS, Taktgeber und Mikrocomputer usw. |
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Veröffentlichungsdatum: 22. Dezember 2021