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Robuste Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte: Ausgabe 10/2019, 20.06.2019

Grosse Energiemengen in kurzer Zeit

Ultrakondensatoren oder auch Supercaps sind Energiespeicher, die zwischen einem elektrolytischen Kondensator und einem Akku liegen. Dank ihrer hohen Leistungsdichte, Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Gesamtleistung eignen sich Supercaps als Backup-Netzteil, Hilfsspannungsversorgung oder für Spontanleistungen. In der Schweiz vertreibt Brytec die LS Mtron-Ultrakondensatoren seit sechs Monaten.

Bilder: LS Mtron

Gemäss einer Studie von markets and markets (www.marketsandmarkets.com) aus dem Jahr 2016 wird sich der Supercap-Weltmarkt von 2015 bis 2022 fast vervierfachen – von 568 Mio. auf knapp 2,2 Mrd. Dollar. Gründe für das enorme Wachstum sind u.a. hohe Speicherkapazitäten und Energiedichten, Bedarf an Energieeinsparung und leistungsstarken Superkondensatoren für Consumer- und Automobilanwendungen sowie zusätzliche Funktionen wie Feuchtigkeitsbeständigkeit, geringes Gewicht und niedriger äquivalenter Serienwiderstand. Einer der führenden Marktteilnehmer ist die zum LG-Konzern gehörende LS Mtron – in der Schweiz vertreten durch die Brytec AG in Allschwil.

Qualitätsprodukte mit hoher Leistungsdichte und Zuverlässigkeit
LS Mtron entwickelt und fabriziert seit 2008 Ultracaps, die sich durch hohe Leistungsdichte, Qualität und Zuverlässigkeit auszeichnen. Ein Super- oder Ultracap besteht aus zwei Elektroden eingebettet in ein Elektrolyt. Ein Separator zwischen den beiden Elektroden verhindert den Kurzschluss. Ultrakondensatoren speichern ihre Energie nach dem elektrostatischen Prinzip auf einer Ionenschicht, die auf der Oberfläche der elektrischen Doppelschicht zwischen den Elektroden und dem Elektrolyt entsteht. Die Ionen, die im Elektrolyt beliebig angeordnet sind, werden – sobald sie aufgeladen sind – in Richtung der Oberfläche der Elektrode gegenüber Polarität angeordnet. Das ist reine physikalische Reaktion. Im Vergleich zu einer Batterie mit dem chemischen Phänomen besitzt ein Supercap hohe Leistung, Lebensdauer und eine lange Haltbarkeit. Einige Eigenschaften von Ultracaps:
■ Nennspannung bis zu 3,0 V
■ Hochstromleistung (vs. Batterie)
■ Hochenergieleistung (vs. Kondensator)
■ umweltfreundlich und wartungsfrei
■ Betriebstemperaturbereich –40 bis 65 °C
■ niedriger Innenwiderstand
■ Ausgleich und Überspannungsschutz von Einzelzellen
■ einfacher Designaufbau für Hochspannungsmodule
■ wirksame Wärmeübertragung

Auf- und Entladung
Der Ultrakondensator ist ein ganz spezieller Energiespeicher, der im Vergleich zu herkömmlichen Elektrolyten gleichzeitig hohe Leistung und Energie bietet – er ist Kondensator und Batterie in einem. Der im Vergleich zu herkömmlichen Elektrolytkondensatoren im Ultrakondensator gespeicherte hohe Energiegehalt stammt von Aktivkohleelektrodenmaterial mit der extrem grossen Oberfläche und der kurzen Entfernung der Ladungstrennung.
Die hohe Leistung, die lange Haltbarkeit und die Lebensdauer des Ultracap beruhen auf einem Energiespeichermechanismus, der sich vom Akku unterscheidet. In der Batterie wird die Energie durch chemische Reaktionen im Elektrodenmaterial gespeichert und freigesetzt, was zu einer Verschlechterung des Gesamtsystems führt. Auf der anderen Seite die Ultracaps. Der Kondensator nutzt physikalische Ladungstrennungsphänomene zwischen der Ladung an der Elektrode und den Ionen im Elektrolyten an der Grenzfläche. Der Entladevorgang ist rein physikalisch und in hohem Masse reversibel. Der Ultrakondensator kann Energie viel schneller (mit mehr Leistung) abgeben als ein Akku, der auf langsamen chemischen Reaktionen basiert. Ein Supercap lässt sich mehrere hunderttausend Mal ohne tiefgreifende Auswirkungen auf die Leistung laden und entladen.

Vergleich Batterie mit Ultracaps
Für Entwickler bzw. Benutzer sind die verschiedenen Einheiten und damit der Vergleich der beiden Energiespeichertypen Batterie (Ah = Ampere-Stunden) und Supercap (F = Farad) etwas kompliziert. Hier eine vereinfachte Wegweisung fürs Verständnis: Die Menge der gespeicherten Energie im Doppelschichtkondensator ist durch folgende Gleichung einfach zu berechnen:
Energie (J) = ½ × Kapazität (F) × Spannung2 (V). Wenn man Farad in Watt-Stunden (Wh) von normalen Batterien umrechnet, ist ein Vergleich der verschiedenen Energiespeicher einfacher und besser verständlich. Energie (Wh) = Energie (J) / 3600 (s). LS Mtron empfiehlt, die Supercaps nur bis zur Hälfte der maximalen Spannung und nur bis 75 % der verfügbaren Energie zu betreiben. Ein weiterer, umweltspezifischer Aspekt, der für Supercaps spricht, ist die Tatsache, dass diese Energiespeicher im Vergleich zu konventionellen Batterien, die immer häufiger Lithium enthalten, nicht als Gefahrgut zählen und somit problemlos versandt werden können.

Zahlreiche Anwendungsgebiete –  professioneller Support vor Ort
Supercaps kommen zum Einsatz, wenn grosse Energiemengen für eine relativ kurze Zeit oder für eine sehr hohe Zahl von Lade-/Entlade- zyklen nötig sind. Typische Beispiele umfassen Ströme im Bereich von mA oder mW für einige Minuten bis zu Strömen im Bereich mehrerer hundert Ampere oder mehreren hundert kW während kurzen Lastspitzen. Anwendungen finden sich in der ConsumerElektronik – Smartphones, Heimwerker-Tools, Notebooks, Industrieller- und Militärelektronik – Funksystemen, USV, Motoren, Erneuerbare Energien (Photovoltaik, Windenergie), LED-Strassenbeleuchtung, Medizintechnik, Rekuperation (Rückgewinnung der Brems- energie), Starterbatterien bei dieselelektrischen Lokomotiven, Landwirtschaftsmaschinen, in der Formel 1 (KERS-Systeme), EMobilität (Hybrid, Brennstoffzellen) usw. Für Fragen oder weitere Informationen zu den leistungsstarken Supercaps steht bei Brytec ein kompetentes Team zur Verfügung. «

Katalog Ultracaps: 10_19.51.pdf

Infoservice
Brytec AG
Ringstrasse 13, 4123 Allschwil
Tel. 061 485 60 10
info@brytec.ch, www.brytec.ch

 



Ultra- bzw. Supercaps gibt es ganz nach Anwendung oder Energiebedarf als Module (LSUM) oder einzelne Zellen (LSUC)


Grafische Darstellung der Energie- bzw. Leistungsdichte unterschiedlicher Energiespeicher


Diese Module gibt es mit Kapazitäten von 250 und 500 F

Nachgefragt

Ultracaps besitzen sehr grosses Potenzial


Philippe Trommenschlager, Geschäftsführer Brytec AG

Seit wann haben Sie die Ultracaps von LS Mtron im Angebot?
Die Vertretung für die Ultracaps haben wir seit rund sechs Monaten für die Schweiz und Österreich.

Wie passen diese Ultracaps zum bestehenden Portfolio?
Diese zukunftsträchtige und umweltschonende Technologie stellt eine optimale Ergänzung unseres Portfolios dar.

Welche Branchen bzw. Kunden sprechen Sie mit diesen Energiespeichern an?
Diverse Branchen, bei denen das Energiemanagement eine tragende Rolle einnimmt, wie beispielsweise USV, Photovoltaik.

Welche individuellen Lösungen bietet LS Mtron an?
Kundenspezifische Module über 100 V – die Firma ist immer offen für Neuentwicklungen gemeinsam mit den Kunden. Wir stehen beratend zur Seite.