Wie funktioniert ein Doppelschichtkondensator?

Electrophysikalisches Prinzip eines Doppelschichtkondensators

Doppelschicht­kondensatoren, oder kurz Ultracaps, bestehen aus zwei Elek­troden, die von einem Elektrolyten benetzt sind. Beim Anlegen einer Spannung, die kleiner ist als die Zersetzungs­spannung des Elektrolyten, sammeln sich an beiden Elektroden Ionen umgekehrter Polari­sation. Sie bilden eine Zone von unbe­weglichen Ladungs­trägern, deren Schicht­dicke nur wenige Molekül­lagen beträgt. Diesen Effekt hat Helmholtz bereits im Jahre 1879 beschrieben.

Die Elektroden mit der Ladungsträger­schicht als Dielektrikum verhalten sich wie zwei Konden­satoren, die über den elek­trisch leitenden Elektro­lyten in Reihe geschaltet sind. Sie speichern die Energie elektro­statisch, im Gegen­satz zu Batterien oder Akkus, die elektrische Energie chemisch speichern und wiedergeben.

Die Kapazität eines Konden­sators hängt nicht nur von der Schicht­dicke der Isolations­schicht ab, (Abstand) sondern auch von der Größe der Ober­fläche der Elektroden. Die üblicher­weise verwen­dete Aktiv­kohle besitzt eine Ober­fläche von bis zu 3.000 m2/g. Zusammen mit den nur wenige Nano­meter dicken Grenz­schichten wird somit eine sehr große Kapazität auf kleinstem Raum erreicht.

Die wichtigsten Kenngrößen eines Ultracaps ist die Kapazität C und der Innen­wider­stand ESR (Equivalent Serial Resistor). Das ideali­sierte Ersatz­schaltbild eines Konden­sators ist wie hier dargestellt: