Funktionsweise eines Doppelschichtkondensators

Wie funktioniert ein Doppelschichtkondensator?

Ultracap-Wissen | Rainer Hake | Lesedauer: 2 Minuten

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:

Idealisiertes Ersatzschaltbild eines Kondensators

Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad (F) angegeben
(benannt nach Michael Faraday)

Ein Kondensator hat die Kapazität von 1F, wenn er mit einem
Strom von 1A in 1s auf 1V aufgeladen wird.

1 F = 1 As/V bzw. 1 Farad = 1 Ampere­sekunde pro Volt.

Die gespeicherter Energie­menge (Arbeit W) eines Konden­sators
ergibt sich aus:
W = 1/2 C U2

Die nutzbare Energiemenge ergibt sich aus der Spannungs­differenz
am Konden­sator nach folgender Formel:
Wusable = 1/2 C (U2max - U2min)

Häufige Fragen

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  • ISO 9001:2015
  • ISO 14001:2015
  • UK Conformity
  • CE Conformity
  • EU RoHS
  • SDS Safety Data
  • TEC TSCA COC
  • EU REACH
  • CRRC
  • Halogen Free
  • et al
Warum werden Bauelemente wie Ultracaps unterschiedlich bezeichnet?

Die Begriffsvielfalt erklärt sich aus den in der Elektronik­branche üblichen englisch­spra­chigen Begriffen, die oft mit deutschen Bezeichnungen vermischt, bzw. synonym verwendet werden. Teil­weise wurden / werden auch von Herstellern Kunst­begriffe eingeführt, um sich von Wettbe­werbern besser zu unter­scheiden. Hier die wich­tigsten Beispiele:

Doppelschichtkondensatoren (DSK) werden gleich­bedeutend bezeichnet als:

  • EDLC (Electric Double Layer Capacitor)
  • Superkondensatoren [DE] = Supercapacitors [EN] = Supercaps [EN]
  • Ultrakondensatoren = Ultracaps
  • Goldcap™  [Panasonic]
  • Boostcap™  [Maxwell]
  • Greencap™  [Samwha]
  • PURIXEL™  [Pureechem] für Supercap-Zellen
  • PURETRON™  [Pureechem] für Supercap-Module

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