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Superkondensatoren

Wie Batterien sind auch Kondensatoren Komponenten, die elektrische Energie speichern können. Zwischen beiden gibt es Ähnlichkeiten und Unterschiede, sowie Grenzbereiche mit fließenden Übergängen.

Die Urform des Kondensators wurde 1745 mit der Leidener Flasche geschaffen. Im Prinzip handelt es sich dabei um zwei flächige Stromleiter (z.B. Metallplatten oder Folien), die durch einen Isolator (das sog. Dielektrikum, z.B. Luft, Glas, Glimmer, Papier oder Öl) von einander getrennt sind. Durch Anlegen einer Spannung an die Stromleiter kommt es in diesen zu einer Ansammlung von Elektronen, und es baut sich ein elektrisches Feld auf, wodurch elektrische Energie gespeichert wird. Die gespeicherte Ladung (Q) ist dabei abhängig von der angelegten Spannung (U) und der Kapazität des Kondensators (C):

Die Kapazität wird mit der Einheit Farad (F) ausgedrückt. Sie steigt mit der Fläche der Leiterplatten (A) und sinkt mit deren Abstand (d). Daneben wird sie noch durch Eigenschaften des Isolators (Dielektrizitätskonstante Epsilon) bestimmt:

Man findet Kondensatoren in praktisch allen elektronischen und elektrotechnischen Bereichen vor, tonnenschwer und meterhoch in Lokomotiven oder millionenfach und mikroskopisch klein in Computer-Prozessoren. Realisiert werden sie zum Beispiel durch ein eng gewickeltes Sandwich aus Metall- und isolierenden Papierfolien, die in ein Gehäuse vergossen werden.

Vergleiche zwischen Batterie und Kondensator

Während ein Kondensator Energie rein physikalisch (elektrostatisch) und wegen seiner hohen Selbstentladung nur kurzfristig speichert, ist sie in Batterien chemisch bzw. elektrochemisch gebunden und für mittlere bis lange Zeiträume verfügbar.

Bei einer Batterie ist die Polarität bauartbedingt meist unveränderbar, ein Kondensator kann sich in einem Wechselstromsystem extrem schnell periodisch umpolen.

Die Energiedichte von Kondensatoren liegt weit unter der von Batterien bzw. Akkus, durch ihre extrem kurzen Lade- und Entladezeiten ergeben sich jedoch hohe Leistungsdichten. Hohe Leistungsdichten bis 100 kW/kg bei Impulsen mit 1 ms bis 10 s lassen sich jedoch auch mit Lithium-Eisensulfid-Batterien realisieren.

Superkondensatoren

Um die spezifische Energie zu steigern, wurden Kondensatoren (Superkondensatoren bzw. Doppelschicht-Kondensatoren, Super Caps, Supercaps) entwickelt, die elektrostatische und elektrochemische Merkmale in sich vereinen und damit ein Bindeglied zwischen der Kondensator- und der Batteriewelt darstellen, nicht nur hinsichtlich des Funktionsprinzips und der Energiedichte, sondern auch bezüglich der zeitlichen Verfügbarkeit der elektrischen Energie, die bei Superkondensatoren bereits im Bereich von Stunden und Tagen liegen kann.