Supercondensatoren

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Supercondensatoren
250px
Eigenschappen
Categorie: Componenten
Originele auteur: Mike Stok en Bernd Rutgers
Jaar: 2010
Wikipedia link: Electric double-layer capacitor

Inhoud

Inleiding

Dankzij de grote interesse in alternatieve energiebronnen is de interesse voor alternatieve en betere energie-opslagtechnieken toegenomen. Een van deze technieken, de supercondensator, is de laatste jaren sterk ontwikkeld, en heeft de potentie om bij veel toepassingen gebruikt te worden. Supercondensatoren staan ook bekend als ultracondensatoren of elektrochemische condensatoren. Net als traditionele condensatoren slaan ze energie op wanneer een elektrische spanning wordt aangebracht tussen twee dicht bij elkaar staande elektroden. Een membraan tussen de twee elektroden verhindert dat de elektronen door het elektrische veld van de ene elektrode naar de andere bewegen.

Beschrijving en eigenschappen

Traditionele Condensator

Om de elektroden van elkaar te isoleren, worden verschillende materialen toegepast. Lucht, vacuüm of kunststof bij elektrostatische condensatoren en een elektrolyt bij elektrolytische condensatoren. In tegenstelling tot batterijen slaan condensatoren elektrische energie dus niet op door een interne chemische reactie, maar wordt de energie op het oppervlak van de elektroden opgeslagen. Traditionele condensatoren hebben in vergelijking met batterijen een relatief hoge vermogensdichtheid (gemeten in van W/kg) maar een relatief beperkte energiedichtheid (in termen van Wh/kg of J/kg). Met andere woorden: een condensator kan in vergelijking met batterijen veel energie afgeven, maar slechts gedurende korte tijd. Daarentegen kunnen batterijen relatief veel energie opslaan, maar niet snel afgeven. De twee belangrijkste variabelen die de vermogensdichtheid en de energiedichtheid van een condensator bepalen zijn het oppervlak van het elektrodemateriaal en de afstand tussen de elektroden.

Supercondensator

Er zijn verschillende soorten supercondensatoren in onderzoek en ontwikkeling. De belangrijkste zijn de Electrochemical double layer condensator (EDLC), de pseudocondensator en de hybride condensator. De energiedichtheid van supercondensatoren is zo’n duizend keer hoger dan die van conventionele condensatoren, al kunnen ze per kilo 25 keer minder energie opslaan dan lithium ion-batterijen. Toch zijn supercondensatoren een alternatief geworden voor veel toepassingen waar tot voor kort nog batterijen voor werden gebruikt.

Toepassingen

Supercondensatoren zijn dan voornamelijk geschikt voor toepassingen waarbij hoge energie en snelle, repetitieve laadcycli nodig zijn. Condensatoren werden vroeger al veel toegepast om pieken en dalen in de elektriciteitsvoorziening op te vangen. Door de grotere capaciteit van supercondensatoren zijn ze erg goed te gebruiken bij de volgende toepassingen:

Hybride voertuigen

Supercondensatoren zijn zeer geschikt voor toepassing in de transportsector vanwege hun beperkte formaat en gewicht, hun operationeel temperatuurgebied, en hun mogelijkheid om snel en effectief energie op te slaan of te leveren. Vooral bij hybride voertuigen kunnen de voor- en nadelen van supercondensatoren en batterijen elkaar goed aanvullen. Batterijen zijn in deze toepassing onmisbaar vanwege hun energieopslag, en daarmee rijafstand, maar batterijen zijn minder geschikt voor de vele laad- en ontlaadcycli en het snel afgeven en opnemen van energie. Supercondensatoren kunnen dit wel. In een aantal hybride toepassingen worden batterijen dan ook in combinatie met supercondensatoren toegepast. Door de pieken en dalen in energietoevoer als gevolg van acceleratie en remmen met supercondensatoren uit te vlakken kan de levensduur van de batterijen sterk worden vergroot.

Vervanging van Traditionele Accu’s

Supercondensatoren worden ook gebruikt voor het starten van zware motoren zoals dieselgeneratoren, motoren van tanks, dieseltreinen, onderzeeërs enz. Standaardaccu’s kunnen niet de benodigde snelle energie leveren en daarbij beperkt blijven in formaat en gewicht.

Opvangen van Pieken

Supercondensatoren worden ook toegepast om computers en andere elektronica tegen stroomuitval en pieken in de spanning te beschermen.

Voordelen

Supercondensatoren hebben de volgende eigenschappen, waardoor ze een aantrekkelijk alternatief zijn voor snelle energieopslag en -afgifte:

  • Omdat in condensatoren de elektrische lading door vaste materialen wordt getransporteerd en niet door chemische reacties, kunnen ze tot honderdduizenden keren worden opgeladen en ontladen. Ze zijn ze niet onderhevig aan geheugeneffecten zoals batterijen.
  • Er bestaat geen gevaar voor overladen van de supercondensator
  • Bij de ontlading komt dankzij zeer lage interne weerstand geen warmte vrij, in tegenstelling tot batterijen.
  • De opgeslagen elektrische energie kan heel snel weer worden afgegeven, veel sneller dan via een chemische reactie mogelijk is. Ontladingstijden variëren van tientallen seconden tot fracties van seconden.
  • Supercondensatoren kunnen ook binnen seconden of hoogstens minuten weer worden opgeladen.
  • Supercondensatoren kunnen effectief opereren in een temperatuurbereik van -50°C tot 80°C, waardoor zij in veel omgevingen ingezet kunnen worden.

Nadelen

  • De ontlading van supercondensator gebeurt zoals eerder genoemd erg snel, tevens kan het zijn dat deze ontlading niet constant verloopt.
  • Om plug-in en hybride-auto’s geheel op de supercondensator te laten draaien is de vermogensdichtheid nu nog te laag.
  • Omdat het een zeer nieuwe techniek is die nog vol in ontwikkeling is, zijn supercondensatoren nu nog duur.

Milieuaspecten

  • In tegenstelling tot batterijen vinden er geen chemische reacties plaats.
  • Supercondensatoren hebben een veel langere levensduur dan batterijen.
  • In de toekomst kunnen supercondensatoren de traditionele accu’s compleet vervangen.
  • Indirect zullen supercondensatoren eraan bijdragen dat in de vervoerssector meer met hybride-voertuigen wordt gereden, waardoor er veel minder CO2 zal worden uitgestoten.

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen