Die stille Kraft der Superkondensatoren

Das Superkondensator-Prinzip

Wie aus der Schulphysik bekannt ist, besteht ein Kondensator aus zwei Metallplatten oder Leitern, die durch einen Isolator wie Luft, eine Kunststofffolie oder Keramik getrennt sind. Während des Ladevorgangs lösen sich die Elektronen von der einen Platte und sammeln sich auf der anderen. Mit der Erfindung von Robert A. Rightmire wurden neue Wege für die Speicherung von Hochenergie eröffnet.

Eine Superkondensatorzelle besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden, einem Separator und einem Elektrolyten. Die Elektroden bestehen aus einem metallischen Kollektor, der der hochleitende Teil ist, und einem aktiven Material (Metalloxide, Kohlenstoff und Graphit sind die am häufigsten verwendeten), das der hochflächige Teil ist. Die beiden Elektroden sind durch eine Membran getrennt, die die Mobilität der geladenen Ionen ermöglicht, aber die elektrische Leitfähigkeit verbietet. Das System ist mit einem Elektrolyten imprägniert (Bild 1).

Die geometrische Größe der beiden Kohlenstoffplatten und der Separatoren ist so ausgelegt, dass sie eine sehr große Oberfläche aufweisen. Der hochporöse Kohlenstoff kann aufgrund seiner Struktur mehr Energie speichern als jeder andere Elektrolytkondensator.

Wenn eine Spannung an die positive Platte angelegt wird, zieht sie negative Ionen aus dem Elektrolyten an, und wenn eine Spannung an die negative Platte angelegt wird, zieht sie positive Ionen aus dem Elektrolyten an. Dadurch bilden sich auf beiden Seiten der Platte Ionenschichten in einer sogenannten Doppelschichtbildung, wodurch die Ionen in der Nähe der Oberfläche des Kohlenstoffs gespeichert werden. Dieser Mechanismus gibt Superkondensatoren die Möglichkeit, hohe Energien innerhalb kürzester Zeit zu speichern und wiederherzustellen.

Die Oberfläche des aktiven Teils ist der Schlüssel zur Kapazität des Superkondensators; eine Vergrößerung der Oberfläche erhöht die Kapazität. Besonders interessant und spannend in der Superkondensatortechnik sind die Möglichkeiten, die die Einführung von Nanotechnologien bietet. Ein Beispiel ist der Ersatz der herkömmlichen Aktivkohleschicht durch eine dünne Schicht aus Milliarden von Nanoröhren. Jedes Nanoröhrchen ist wie ein einheitlicher Hohlzylinder mit 5 nm Durchmesser und 100 µm Länge vertikal über die leitenden Elektroden gewachsen. Durch den Einsatz von Milliarden solcher Röhrchen können enorm hohe Kapazitätsdichten erreicht werden.

1. Die stille Kraft der Superkondensatoren
2. Die Geburt des Superkondensators
3. Das Superkondensator-Prinzip
4. Werden Superkondensatoren Batterien ersetzen?
5. Vorteil: geringer Alterungsprozess
6. Arbeit in aller Stille
7. Was bringt die Zukunft?