Doppelschicht-Kondensator

Ein Doppelschicht-Kondensator besteht zumindest aus zwei kohlenstoffbeschichteten Elektroden, einem Elektrolyt und einer ionendurchlässigen Trennschicht.

Doppelschicht-Kondensatoren speichern Energie in einem elektrischen Feld. Dazu liegen die Elektroden im Kontakt mit dem Elektrolyten vor. Die Elektroden sind dabei durch die ionendurchlässige Trennschicht voneinander getrennt. Werden die Elektroden mit einer Stromquelle verbunden, sammeln sich jeweils positiv und negativ geladene Ionen in geordneter Form an den Elektroden. Es bilden sich dabei elektrische Doppelschichten aus, welche im Vergleich zu herkömmlichen Kondensatoren die Speicherung größerer Energiemengen ermöglichen.

Doppelschicht-Kondensatoren mit symmetrischen Elektroden und organischen Elektrolyten sind zurzeit marktdominierend. Sie werden überwiegend im Verkehrsbereich zur Rückgewinnung von Bremsenergie in Straßen-, U- und S-Bahnen eingesetzt. Die zurückgewonnene Bremsenergie kann zur Beschleunigung der Bahn verwendet werden oder direkt in das Bahnnetz zurückgespeist werden. Dieses Prinzip wird ebenfalls in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt.

Die volumetrische Energiedichte liegt im Bereich zwischen 2 Wh/l und 5 Wh/l. Die volumetrische Leistungsdichte liegt zwischen 10 W/l und 50 W/l auf Modulebene. Der Wirkungsgrad wird ohne Berücksichtigung von Übergangsverlusten zwischen Gleich- und Wechselstrom mit etwa 95 Prozent angegeben. Durchschnittlich kann nach vollständiger Aufladung mit Speicherverlusten von 15 Prozent nach einer Woche und 23 Prozent nach vier Wochen ausgegangen werden. Die Lebensdauer wird mit etwa 500.000 Entladungszyklen bzw. 8-10 Jahren angegeben. Die für eine Aufladung erforderliche Zeit liegt bei einigen Minuten. Bei Energieentnahme ist das System im Bereich von Millisekunden sehr schnell ansprechbar. Anlagengrößen sind bis zu 1,5 MW Leistung und 2 kWh Energiegehalt verfügbar. Die im Laufe eines Tages auftretenden Speicherverluste sind abhängig vom Ladezustand und von der Fertigungsqualität.

Technische Risiken werden als gering eingeschätzt. Acetonitril als häufig verwendeter organischer Elektrolyt hat toxische Wirkung und ist brennbar. An der Entwicklung und Untersuchung von alternativen nicht-toxischen und nicht brennbaren organischen Elektrolyten wird aktuell gearbeitet.

Eine Begrenzung des Einsatzspektrums ergibt sich einerseits aus der Eigenschaft der Selbstentladung und insbesondere aus der relativ geringen Energiedichte. Doppelschicht-Kondensatoren sind daher zur Speicherung großer Energiemengen nicht geeignet. Ihr großer Vorteil liegt in der hohen Zyklenzahl und der schnellen Reaktionszeit.

Für Doppelschicht-Kondensatoren wird ein hohes technisches Entwicklungspotenzial gesehen, welches zu einer deutlichen Steigerung der Energie- und Leistungsdaten führen wird. Entwicklung wird sowohl bei den Elektrolyten als auch bei den Elektrodenmaterialien erwartet.

Synonym(e):

DSK

Englische Übersetzung(en):

electric double-layer capacitor, EDLC, supercapacitor, supercap, supercondenser, electrochemical double layer capacitor, ultracapacitor