Wie funktionieren
Doppelschichtkondensatoren?

Elektrophysikalisches Prinzip

Synonyme Begriffe für den Ultracapacitor:

  • Korrekter Fachausdruck: EDLC (electric double-layer capacitor)
    oder Elektrischer Doppelschichtkondensator (DSK)
  • Umgangssprachlich: Superkondensator, Supercap, Ultracap
  • Markenbezeichnungen: Boostcap, Goldcap, Pseudocap, u.v.a

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 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 von Nesscap 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:

Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad (F) angegeben (bennant 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: 
           Wnutz = 1/2 C (U2max - U2min)