Die Entwicklung von Stromspeichertechnologien ist ein sehr wichtiger Aspekt der Energiewende.Am weitesten verbreitet ist derzeit die Energiespeicherung unter Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien, die jedoch viele Nachteile haben, darunterkurzer Lebenszyklus und unfreundliche Umgebung.Darüber hinaus wird ihre Verfügbarkeit abnehmen, da die weltweiten Lithiumressourcen abnehmen.Daher ist es wichtig, andere Methoden der Energiespeicherung zu entwickeln, damit sie Lithium-Ionen-Zellen in Zukunft vollständig ersetzen können.Eine solche Technologie sind Superkondensatoren.Sie vereinen die Vorteile herkömmlicher Kondensatoren (hohe Leistungsdichte) und Batterien (hohe Energiedichte).Die Existenz verschiedener Superkondensator-Technologien (EDLC-Kondensatoren, Pseudo-Kondensatoren, Hybrid-Kondensatoren) und deren ständige Weiterentwicklung bedeutet, dass sie immer mehr Anwendungen haben.Superkondensatoren, auch Ultrakondensatoren genannt, sind Elektrolytkondensatoren, deren elektrische Kapazität um ein Vielfaches größer ist als die anderer Kondensatoren (typischerweise 10- bis 100-mal pro Masseneinheit).Möglich wird dies durch das Phänomen der Helmholtz-Doppelschicht an der Grenze zweier Phasen.In seinem Bereich gibt es eine statistisch ungleichmäßige Verteilung von Elektronen oder Ionen.Durch die Verwendung einer elektrischen Doppelschicht kann eine große Kontaktfläche zwischen dem Material und dem Elektrolyten erreicht werden, wodurch wiederum hohe Kapazitäten erreicht werden können.Dieses Phänomen wird von EDLC-Superkondensatoren (elektrostatische Doppelschichtkondensatoren) genutzt.Eine andere Art von Superkondensatoren, Pseudokondensatoren, speichert Energie aufgrund des Phänomens der elektrochemischen Pseudokapazität.Seit den 1950er Jahren experimentieren Ingenieure von General Electric mit dem Einsatz von Elektroden aus poröser Aktivkohle.1957 patentierte HI Becker den ersten elektrochemischen Kondensator.Es war ein Doppelschichtkondensator, obwohl das Doppelschichtphänomen selbst noch nicht entdeckt wurde.Die Erfindung von Becker hat jedoch gezeigt, dass die Verwendung von Aktivkohle es ermöglicht, eine sehr hohe Kapazität des Kondensators zu erhalten.Die heute bekannte Form von Superkondensatoren wurde von Robert A. Rightmire, einem Chemiker bei der Standard Oil Company of Ohio (SOHIO), erfunden.SOHIO fand jedoch keine praktische Anwendung für die Erfindung.Das Unternehmen hat ein Produkt an die Nippon Electric Company (NEC) lizenziert.NEC brachte die Technologie 1975 auf den Markt und nannte das Produkt einen Superkondensator.Später tauchten alternative Technologien auf.Zwischen 1975 und 1981 wurde das Konzept der Pseudokapazität entwickelt, was zur Schaffung von Pseudokondensatoren führte.1994 wurde ein elektrolytisch-elektrochemischer Hybridkondensator entwickelt.2007 wurde der Lithium-Ionen-Kondensator erfunden.Derzeit wird daran gearbeitet, die Leistung von Superkondensatoren wie Energie- und Leistungsdichte sowie Zyklenstabilität zu verbessern.Doppelschichtkondensatoren verwenden Elektroden mit einer riesigen aktiven Oberfläche (über 2000 m2 / g).Es wird dank der Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren aus gewickeltem Graphen (die hexagonale Struktur von Kohlenstoffatomen mit einer Dicke von einem Atom) erhalten.Die Elektroden des Doppelschichtkondensators sind durch einen Separator getrennt, der einen direkten Kurzschluss der Elektroden verhindern soll, aber für Ionen durchlässig ist.Jede Elektrode ist mit Elektrolyt gesättigt.Der Abstand zwischen den darin enthaltenen Ionen ist sehr gering, was es ermöglicht, die Elektroden sehr nahe beieinander zu platzieren.Doppelschichtkondensatoren zeichnen sich im Vergleich zu Batterien durch eine sehr hohe Leistungsdichte und Schnelligkeit beim Laden und Entladen aus.Sie können auch eine sehr große Anzahl von Arbeitszyklen ausführen (bis zu einer Million pro Gerätelebenszyklus, während es bei Akkus in der Regel mehrere Tausend sind).Superkondensatoren können sogar mehrere Dutzend Jahre verwendet werden.Ihre Effizienz ist hoch (84-95%).Außerdem haben sie keine nennenswerten negativen Auswirkungen auf die Umwelt.Allerdings ist die Energiedichte von Doppelschichtkondensatoren geringer als die von Batterien.Sie neigen auch eher zur Selbstentladung.Die Lade- und Entladezeit von mehreren zehn Sekunden ist deutlich kürzer als bei Batterien, aber aufgrund der großen Streuung des Innenwiderstands länger als bei klassischen Kondensatoren (1 s).Pseudokondensatoren, auch Pseudokapazitätskondensatoren genannt, sind die Quelle des Faraday-Stroms, der bei den Reduktions- und Oxidationsreaktionen erzeugt wird, die in den Elektroden und dem Elektrolyten stattfinden.Die Elektrodenmaterialien können dabei Metalloxide oder leitfähige Polymere sein.Pseudokapazitätskondensatoren übertreffen Doppelschichtkondensatoren mit Energiedichte (fast doppelt so hoch).Auch ihr Serienwiderstand ist geringer.Sie sind jedoch weniger langlebig als EDLC-Kondensatoren.Hybridkondensatoren vereinen die Eigenschaften von Akkumulatoren (Anode) und EDLC-Superkondensatoren (Kathode).Ein Beispiel für solche Superkondensatoren sind Lithium-Ionen-Kondensatoren.Sie akkumulieren die Ladung in einer für Superkondensatoren charakteristischen Weise unter Verwendung einer Doppelschicht und für eine Lithium-Ionen-Batterie (Ein- und Auslagerung von Lithiumatomen).Dank dieser Struktur haben Hybridkondensatoren eine höhere Betriebsspannung und Energiedichte als symmetrische Superkondensatoren, und ihr Selbstentladestrom ist geringer.Allerdings haben Hybridkondensatoren eine geringere Leistungsdichte und können im Gegensatz zu anderen Superkondensatoren nicht vollständig entladen werden.Aufgrund ihres Funktionsprinzips werden Superkondensatoren in Geräten eingesetzt, bei denen ein schnelles Laden und Entladen erforderlich ist, beispielsweise in Semi-Hybrid-Autos, wo sie die beim Bremsen freigesetzte Energie anstelle oder neben der Batterie speichern können.Ihre Verwendung für die kurzzeitige Spitzenleistungsabgabe ermöglicht es, die Gesamtgröße des Systems zu reduzieren.Superkondensatoren können auch Notstrom liefern, z.B. in USV-Systemen.In kleinen elektrischen und elektronischen Geräten können sie auch eine Quelle kontinuierlicher Energie sein.Die Superkondensatortechnologie wird ständig weiterentwickelt.In naher Zukunft ist es möglich, mit ihnen die Leistung anderer Energiespeicher zu verbessern, beispielsweise durch Erhöhung der aus Batterien gewonnenen Leistungsdichte.Wenn ihre Energiedichte auf ein mit Batterien vergleichbares Niveau gesteigert werden könnte, wären Superkondensatoren auf dem besten Weg, Batterien in einigen Anwendungen vollständig zu ersetzen.Meinen Namen, meine E-Mail-Adresse und meine Website in diesem Browser speichern, bis ich das nächste Mal kommentiere.