Bild 2. Gehäusebauformen von Superkondensatoren.

Bild 2. Gehäusebauformen von Superkondensatoren. Murata

Superkondensatoren werden für verschiedene Einsatzgebiete in unterschiedlichen Formaten angeboten – von der Knopfzellen-Ausführung über zylindrische Versionen bis zu Laminat-Bauarten – und sie sind für verschiedene Spitzenströme erhältlich (Bild 2).

Keine signifikante Belastung

Die besondere Leistungsfähigkeit eines Superkondensators resultiert aus seiner Konstruktion. Im Gegensatz zu anderen Kondensatortypen besitzt er kein Dielektrikum, sondern eine als „Electrical Double Layer“ (EDL) bezeichnete Struktur. Diese Doppelschichtkapazität entsteht durch eine Grenzschicht zwischen pulverförmiger Aktivkohle und einem Elektrolyten. Die Ladungsspeicherung beruht nicht auf einem chemischen Prozess, sondern auf der physischen Verlagerung von Ionen in die Poren der Kohleschichten. Die Poren stellen für das Ansammeln von Ladung eine enorm große Fläche bereit, was bei 5 V Nennspannung Kapazitätswerte von mehr als einem Farad möglich macht. Die effektiven Serienwiderstände (ESR) haben moderate Werte und liegen typisch zwischen 50 und 500 mΩ, sodass die Kondensatoren im Prinzip kurzschlussfest sind. Da Superkondensatoren im Unterschied zu Akkumulatoren nur eine Energiemenge von etwa 10 J speichern, entsteht auch bei Kurzschlüssen keine signifikante Belastung oder Erwärmung des Bauteils.

Hohe Lebensdauer

Ein weiteres Merkmal von Superkondensatoren ist die praktisch unbegrenzte Zahl der Lade- und Entladezyklen, während diese Zahl bei Akkumulatoren endlich ist. Die Lebensdauer ist hoch, wobei die Temperatur und die angelegte Spannung die Alterung beschleunigen. Unter kontrollierten Bedingungen jedoch erreichen die Bauteile ohne weiteres eine Nutzungsdauer von deutlich über fünf Jahren. Etwaigen Bedenken hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme wird durch die Laminatbauform Rechnung getragen, die mit einem Minimum an Harzversiegelung auskommt. Ähnlich wie bei Elektrolytkondensatoren beträgt der Betriebstemperaturbereich von Superkondensatoren -40 bis +70 oder +85 °C, verbunden mit vergleichbaren Schwankungen des ESR bei niedrigen Temperaturen.

Superkondensatoren sind polarisiert und für Nennspannungen bis 5 V erhältlich. Bei den typischen DMT- und DMF-Serien von Murata handelt es sich um zwei in Reihe geschaltete Bauelemente. Höhere Nennspannungen lassen sich problemlos durch Serienschaltung erzielen, wobei passive oder aktive Spannungsausgleichs-Verfahren zur Anwendung kommen. Auch die Parallelschaltung ist einfach, und es sind keine besonderen Vorkehrungen erforderlich, um die Energiespeicherkapazität aufzustocken. Das Laden geht an einer normalen Spannungsquelle so schnell vonstatten wie bei einem Elektrolytkondensator.

Ein signifikanter Pluspunkt ist die äußerst schlanke Bauform der DMT- und DMF-Serien von Murata: Die Dicke von nur 2,2 mm kommt den Anforderungen heutiger elektronischer Geräte im Hosentaschen- und Wearable-Format entgegen.

Portable Geräte werden künftig immer multifunktionaler, kleiner und leichter werden, und die Superkondensatoren von Murata empfehlen sich als komplementäre, wegbereitende Technologie für diese Anwendungen.

 

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