Extreme-Power mit Ultrakondensatoren & Super-kondensatoren

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Portfolio Superkondensatoren und Ultrakondensatoren
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Ultrakondensatoren & Superkondensatoren

Was genau sind Ultrakondensatoren? Vielleicht haben Sie den Begriff schon einmal gehört, oder Sie haben eine Vorstellung davon, wie wir sie im täglichen Leben verwenden. Viele denken, dass sie mit Lithium-Ionen-Batterien verwandt sind, sind sie aber definitiv nicht. Wir erläutern die Grundlagen von Superkondensatoren und zeigen ihre Vor- und Nachteile als Energiespeicher auf.

Ultrakondensator = Superkondensator

Definition Ultrakondensator

Ultrakondensator ist ein anderer Name für Superkondensator und bezeichnet genau dasselbe Gerät.  Im Englischen werden Supercapacitors kurz als Supercaps bezeichnet und Ultracapacitor als Ultracaps bezeichnet. 

Ultrakondensator = Superkondensator

Mechanismus der Energiespeicherung im Ultrakondensator

Ein Superkondensator speichert die Energie durch elektrostatische Aufladung an einer Oberfläche. Der Energiespeicherprozess im Superkondensator ist kein chemischer Prozess! Batterien speichern die Energie fast ausschliesslich durch chemische Prozesse.

Energiespeicherung (Mechanismus, Doppelschicht-Speicher Prinzip, Kapazität) in Superkondensatoren und Ultrakondensatoren erklärt von Wiki Battery auf www.wikibattery.org
Energiespeicherung (Mechanismus, Doppelschicht-Speicher Prinzip, Kapazität) in Superkondensatoren und Ultrakondensatoren erklärt von Wiki Battery auf www.wikibattery.org

Ultrakondensatoren versus Batterien

Kurz gesagt, sind Ultrakondensatoren Kondensatoren mit hoher Kapazität. Sie haben eine höhere Kapazität und niedrigere Spannungsgrenzen als andere Arten von Kondensatoren und liegen funktionell irgendwo zwischen Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbaren Batterien.

In der Praxis bedeutet dies, dass sie:

  1. Sie lassen sich viel schneller aufladen als Batterien
  2. Sie können viel weniger Energie speichern als Batterien.
  3. Sie haben eine Lebensdauer (gemessen in Lade-/Entladezyklen), die viel länger ist als bei Batterien.

Zum Vergleich der Lebensdauer ist zu beachten, dass Elektrolytkondensatoren eine unbegrenzte Anzahl von Ladezyklen haben, während Lithium-Ionen-Batterien im Durchschnitt zwischen 500 und 10.000 Zyklen durchlaufen. Superkondensatoren hingegen haben eine Lebensdauer von bis zu zwei Millionen Zyklen (vergleiche Zyklenfestigkeit verschiedener Energiespeichersysteme).

Ultrakondensatoren Vorteile

Zu den Vorteilen von Ultrakondensatoren gehören:

Ragon-Plot für Superkondensatoren VS Batterien VS Ultrakondesnatoren
Ultrakondensatoren und Superkondenatoren Energiedichte vs Leistungsdichte
  • Einige Elektrospielzeuge, die Ultrakondensatoren verwenden, können fast sofort aufgeladen werden. Einige Unternehmen möchten diese Idee in echten Elektroautos umsetzen. Stellen Sie sich Elektroautos vor, die mit Superkondensatoren (statt mit wiederaufladbaren Batterien) betrieben werden und schneller aufgeladen sind als mit Benzin oder Diesel!
    Eine blitzschnelle Aufladung in wenigen Sekunden von e-Autos mit Ultrakondensatoren ist wirklich möglich!
  • Breites Spektrum an Betriebstemperaturen. Ultrakondensatoren haben eine breite effektive Betriebstemperatur (von  -40 °C bis +65 °C)

Ultrakondensatoren Nachteile

Andererseits ist die Geschwindigkeit des Energieaustauschs in gewissem Sinne sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil. Hier sind einige Nachteile von Ultrakondensatoren:

  • Hohe Selbstentlassungsrate. Ultrakondensatoren sind für die langfristige Energiespeicherung nicht gut geeignet. Die Entladerate von Ultrakondensatoren ist wesentlich höher als die von Lithium-Ionen-Batterien; sie können pro Tag bis zu 10-20 % ihrer Ladung durch Selbstentladung verlieren.
  • Gradueller Spannungsabfall. Während Batterien eine nahezu konstante Ausgangsspannung liefern, bis sie verbraucht sind, nimmt die Ausgangsspannung von Kondensatoren linear mit ihrer Ladung ab. Dies kann aber mit der Elektronik vom BMS kontrolliert, korrigiert werden.
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Zukunftsanwendungen von Ultrakondensatoren

Ultrakondensatoren eignen sich ausserordentlich gut für alle Anwendungen, bei denen häufige Lade- und Entladezyklen, extreme Betriebstemperaturen oder eine schnelle Entladung grosser Energiemengen zu erwarten sind. Einige Supercaps-Zukunftsanwendungen:

1. Superbatterie - Aufladen in Sekunden

1. Superbatterie und Ultrabatterie (hybride Superkondensator-Batterie):  Diese Anordnung würde die schnelle Energieaufnahme des Ultrakondensators mit den langfristigen Speicherfähigkeiten der Batterie kombinieren und so das Beste aus beiden Welten bieten. Eine erfolgreiche Verschmelzung dieser Technologien würde das Gleichgewicht zwischen Ladezeit und Reichweite verbessern. Ausserdem ergäben sich aufregende Möglichkeiten zur Verbesserung der regenerativen Bremseffizienz in allen Bereichen, von Elektroautos über Hybridzüge bis zu Baumaschinen. Der Traum in der Energiespeicherindustrie ist seit jeher eine «Superbatterie». Das Unternehmen Swiss Battery ist bekannt für die Arbeiten mit einer «Superbattery«.

2. Verlängern der Geräte-Lebenszeit

2. Verlängern der Lebenszeit. Bedenken Sie die Vorteile, die sich aus der Verlängerung der Lebensdauer von Unterhaltungselektronik (z. B. Laptops und mobile Geräte) und der Stabilisierung der Stromversorgung von Geräten mit schwankenden Lasten ergeben. Elektrowerkzeuge, wie z.B. elektrische Bohrmaschinen, haben erheblich kürzere Laufzeiten, wenn sie mit Superkondensatoren statt mit Batterien betrieben werden, aber sie lassen sich schnell wieder aufladen (in etwa 90 Sekunden), was sie für den Einsatz vor Ort effizient macht.

3. Öffentliche Verkehrsmittel (öV)

3. Öffentliche Verkehrsmittel: Hybridbusse und andere Fahrzeuge (z. B. kleine Elektroautos für Mitfahrgelegenheiten) können von der breiten Betriebstemperatur der Superkondensatoren profitieren. Superkondensatoren können dazu beitragen, dass Fahrzeuge auch im tiefsten Winter oder in den heissen Sommertagen gut funktionieren. In China werden in einigen Hybridbussen bereits Superkondensatoren eingesetzt, um die Beschleunigung zu erhöhen, und Superkondensatoren helfen Strassenbahnen, von einer Haltestelle zur nächsten zu fahren und sich an den Haltestellen aufzuladen.

4. Stabilisierung der Stromversorgung

Stabilisierung der Stromversorgung. Ultrakondensatoren eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen zur Leistungsstabilisierung, z. B. für Backup-Systeme und Leistungspuffer. Sie ermöglichen erhebliche Kosteneinsparungen in unterbrechungsfreien Stromversorgungen, wenn sie Elektrolytkondensatoren ersetzen.

Superkondensatoren liegen in Bezug auf Lebensdauer, Energiespeicherung und effiziente Betriebstemperatur zwischen herkömmlichen Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbaren Batterien. Sie überbrücken effektiv die funktionale Lücke zwischen diesen beiden Technologien und gewinnen an Zugkraft, da wir neue Möglichkeiten zur Nutzung ihrer einzigartigen Kombination von Energieaustausch- und Energiespeicherfähigkeiten entwickeln. 

Die Kopplung von Superkondensatoren mit Batterien in hybriden Anordnungen erlaubt, das Beste aus beiden Welten zu nutzen. Wir sollten davon ausgehen, dass Superkondensatoren in Zukunft immer häufiger zum Einsatz kommen werden. Nicht von ungefähr hat TESLA, den bekanntesten Hersteller von Superkondensatoren aufgekauft.

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