Schließen der Leistungslücke zwischen elektrischen Doppelschichtkondensatoren und Akkus – die HL-Serie von Panasonic als Fit-and-Forget Device

 Elektrische Doppelschichtkondensatoren (EDLC) – auch bekannt als Superkondensatoren oder Ultra-Kondensatoren – geraten in letzter Zeit immer stärker in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Grund dafür ist ihre Leistungsentfaltung, die die Lücke zwischen dielektrischen Kondensatoren und herkömmlichen Akkus perfekt schließt. Diese Aufmerksamkeit rührt vorwiegend her aus Anwendungen in tragbaren elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen, Anwendungen zur Elektrizitätsspeicherung in Kraftwerken und zum „Spitzenlastausgleich“ bei erneuerbaren Energiequellen wie Solarenergie und Windenergie. Die komplexen Herausforderungen der zukünftigen dezentralen Energieversorgung können nur auf der Grundlage neuartiger hybrider elektrischer Speichertechnologien erfüllt werden. EDLCs verfügen im Vergleich zu Akkus über eine hohe Leistungsdichte, schnellere Lade-/Entladezyklen und einen großen Betriebstemperaturbereich. Da sie Energie elektrostatisch speichern, können sie Hunderttausende Lade-/Entladezyklen ohne Kapazitätsverlust durchlaufen. Trotz aller Vorteile sind Kondensatoren aufgrund ihres niedrigen Spannungspegels und ihrer relativ geringen Kapazität im Vergleich zu Akkus oder Redox-Flow-Systemen eingeschränkt.

HL-Serie – Gold-Cap mit herausragenden Spezifikationen

Die Kapazität hängt hauptsächlich von der Oberfläche der elektrischen Doppelschicht ab. Aktivkohle wird verwendet, um eine große Fläche für die Elektroden zu bilden. Dies führt zu einer Kapazität von bis zu 100 µF. Zusammen mit der HL-Serie führte Panasonic ein leistungsstarkes Acetonnitril-freies Elektrolyt ein, das höchst anti-alkalisch und ungefährlich ist. Daher sind die Gold-Caps von Panasonic RoHs-konform und keinen strengen Recycling-Vorschriften unterworfen.

Das überlegene Verhalten des Innenwiderstands über die Lebensdauer hinweg und die Stabilität der Kapazität über die gesamte Nutzungszeit ermöglichen eine bessere Performance mit niedrigerer Kapazität als zuvor. Dies bringt elektrochemische Kondensatoren näher an Akkus heran und ermöglicht hervorragende Lade- und Entlade-Performance im Vergleich zu Akkus. Folglich können Sie Ihren Stromversorgungskreis mit weniger Kondensatoren bauen.

Zusammengefasst: Die neue HL-Serie mit elektrischen Doppelschichtkondensatoren von Panasonic bietet Ihnen alle erforderlichen Eigenschaften, die Sie suchen, um Ihre anspruchsvolle Anwendung mit vielen schnellen Lade-/Entladezyklen zu komplettieren.

• Lange Lebensdauer: Realisierung einer langen Betriebslebensdauer ohne Austausch dank der branchenweit ersten 2000-Stunden-Garantie
• Hoher Ausgangsstrom（geringer Widerstand): Realisierung eines hohen Ausgangsstroms durch die Reduzierung des Innenwiderstands, 10 mΩ oder weniger
• Großer Temperaturbereich: Realisierung von niedrigen Temperaturen, garantiert bis zu -40 Grad Celsius, für den Einsatz unter extremen Bedingungen sowie Anwendungen im Kfz-Bereich

Anwendung:

Von Superkondensatoren, die sowohl über hohe Kapazität und hohe Ausgangsleistung verfügen, können Energiespeicherlösungen profitieren, die in kleinen Räumen montierbar sind. Wenn der Superkondensator als Hilfsstromversorgung bei Spitzenlasten verwendet wird, reduziert sich die Größe der Netzteile und es werden eine höhere Ausgangsleistung und eine höhere Gesamtleistung erzielt. Ultra-Kondensatoren verfügen nun über eine höhere Energie- und Leistungsdichte, weshalb neue Anwendungen für EDLCs derzeit in zunehmendem Maße entwickelt werden. Einige mögliche Anwendungen von Ultra-Kondensatoren sind: Speicher-/Datensicherung des Cache-Speichers im Falle eines Stromausfalls.

Speicher-/Datensicherung des Cache-Speichers im Falle eines Stromausfalls

Von höherem Interesse für den typischen Entwicklungsingenieur sind Unterhaltungselektronik, Computer- und Kommunikationsanwendungen. Superkondensatoren sind häufig in diesen Produkten zum Speicherschutz integriert. Interne Notstromversorgung ist eine andere weit verbreitete Anwendung. Der Superkondensator kann entweder als Akkuersatz oder als kurzfristige redundante Reserve-Stromversorgung verwendet werden. Hier kann der Kondensator für einen kurzen Zeitraum als Stromversorgung fungieren. Akkus sind in diesen Anwendungen die Alternative für Kondensatoren. Sie haben im Allgemeinen keine lange Lebensdauer und müssen daher regelmäßig gewechselt werden. Heutzutage sind Verbrauchsgeräte auch günstig, lässt man den Akku, der bis zu 20 % des Gerätepreises ausmachen könnte, außer Acht. Aufgrund ihrer langen Lebensdauer sind EDLCs daher eine gute Wahl als Reserve-Stromversorgung. Die Abbildung unten zeigt das Schema für die Speicherpufferung des Taktmerkers über einen Superkondensator.

Automobiltechnik

Einschränkungen bei akkubetriebenen Elektrofahrzeugen sind die niedrige Leistungsdichte, begrenzte Lade-/Entladezyklen, hohe Temperaturabhängigkeit und lange Ladezeit. Aufgrund ihrer Technologie haben Ultra-Kondensatoren solche Einschränkungen zwar nicht, müssen aber andere Einschränkungen, wie z. B. geringe Energiedichte und hohe Kosten, in Kauf nehmen. Die Kombination der Speichergeräte kann eine gute Alternative sein. Spitzenlast-Anforderungen, die sich aus Beschleunigung oder Bergauffahrten ergeben, können durch ein Hochleistungsgerät, wie z. B. eine Superkondensator-Bank, erfüllt werden. Die Nutzung von Super-Kondensatoren macht auch regeneratives Bremsen möglich. Die Abbildung unten zeigt die Reserve-Stromversorgung der elektronischen Parkbremse im Falle eines Akkuausfalls:

Erneuerbare Energien

Bei Photovoltaik-Anwendungen müssen Akkus alle 3 bis 7 Jahre aufgrund kontinuierlicher Wechsellasten ersetzt werden, die sich negativ auf die Akkus auswirken. Superkondensatoren können allerdings schnell ge- und entladen werden und bieten eine längere Lebensdauer als Akkus. Daher müssen sie nur alle 20 Jahre ausgetauscht werden, was der Lebenszeit von Photovoltaik-Modulen entspricht. Die Lebenszykluskosten werden dadurch reduziert, dass weniger Wartungen erforderlich sind. Energieeffizienz ist immer das Hauptanliegen bei der Erzeugung erneuerbarer Energien, und Superkondensatoren zeigen eine höhere Ladeeffizienz als Akkus. Ein Bleisäureakku kann beispielsweise bis zu 30 % der Energie während des Ladevorgangs verlieren, wohingegen EDLCs möglicherweise nur 10 % verlieren. Darüber hinaus ist der effiziente Betrieb in einem breiteren Temperaturfenster ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Superkondensatoren. Einige Außenstellen können in kalten Gefilden liegen, und sollten Akkus für die Energiespeicherung verwendet werden, muss die Temperatur bei nahezu Raumtemperatur durch Hilfssysteme konstant gehalten werden, was zusätzliche Kosten und Energieverbrauch darstellt.

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