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Die Revolution kommt

"Supercaps können die Energiespeicherwelt revolutionieren!"

 Prof. Dr. Ing. Mirko Bodach (Professor für Elektrische Energietechnik / Regenerative Energien an der Westsächsischen Hochschule Zwickau)


In vielen Marktsegmenten gibt es batteriebetriebene Applikationen. Im Automobil-Bereich, beim Thema Elektromobilität, in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und vielen anderen Anwendungsfeldern kommen Batterien zum Einsatz. Die Anforderungen an Leistung und Nutzungsdauer sind dabei sehr hoch. Hier können Supercaps, auch Ultracaps oder EDLCs genannt, zum Einsatz kommen, die zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkumulatoren (kurz: Akkus) aufweisen. Die Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH bietet über ihre Field Application Engineers intensive und umfassende Beratungsleistungen bezüglich der Einsatzmöglichkeiten von der Planung bis zur Realisierung von Projekten an. Rutronik hat darüber hinaus ein breites Sortiment an Supercaps im Portfolio, die auch online über die e-commerce-Plattform www.Rutronik24.de bestellt werden können. Auf dieser Seite stellen wir Ihnen die Features, mögliche Anwendungsgebiete und Vorzüge von EDLCs vor.

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Was sind Supercaps?

Sie sind sicher, robust und langlebig: Doppelschichtkondensatoren (EDLCs - Electric Double-Layer Capacitors), auch Supercaps oder Ultracaps genannt, haben gegenüber Lithium-Ionen-Akkus viele Vorteile. Sie eignen sich für zahlreiche Einsatzgebiete - von der Energieversorgungstechnik bis hin zu Consumer-Geräten.

Supercaps sind elektrische Kondensatoren mit einer ungewöhnlich hohen Leistungsdichte. Im Vergleich zu normalen elektrolytischen Aluminium Kondensatoren verfügen Supercaps über eine tausendfach höhere Kapazität. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus bieten Ultrakondensatoren deutlich mehr Leistung und eine längere Lebensdauer. Von EDLCs profitieren besonders Anwendungen, die ein Vielfaches der Ausgangsleistung benötigen, die ein Lithium-Ionen-Akku alleinig nicht liefern kann. In diesen Anwendungen fungiert der Supercap als Peak-Power-Unterstützung, in dem die Spitzenleistung durch den EDLC aufgefangen wird. Damit wird der Lithium-Ionen-Akku entlastet und seine Lebensdauer verlängert. Als Beispiel für ein solches hybrides System kann der Einsatz in einem Akkuschrauber genannt werden.

Wie funktionieren Supercaps?

Ein Supercap besteht aus zwei nichtreaktiven, porösen Kohleelektroden, die in ein Elektrolytsystem eingetaucht sind und an die über Anschlüsse ein Spannungspotential angelegt wird. In einer EDLC-Zelle zieht das an der positiven Elektrode angelegte Potential die negativen Ionen im Elektrolyt an, während das gleiche Potential an der negativen Elektrode die positiven Ionen anzieht. Ein dielektrischer Separator verhindert, dass zwischen den zwei Elektroden ein Kurzschluss entsteht. Die gespeicherte Energiemenge ist aufgrund der enormen Oberfläche, die an den porösen Kohleelektroden zur Verfügung steht, im Vergleich zu einem herkömmlichen Kondensator sehr groß.

Obwohl EDLCs als elektrochemische Vorrichtungen gelten, sind am Energiespeichermechanismus keine chemischen Reaktionen beteiligt: Es handelt sich stattdessen um ein physikalisches Phänomen, das äußerst reversibel ist und die enorm verlängerte Lebensdauer der EDLCs ermöglicht. Da die Lade- und Entladegeschwindigkeit ausschließlich von der physikalischen Bewegung der Ionen abhängt, kann der Kondensator die Energie viel schneller speichern und wieder freisetzen.

Im Gegensatz zu den klassischen EDLCs sind die Pseudokondensatoren von Nesscap eine Kombination aus Supercap und Hochenergiebatterie. Dieser besondere Aufbau vereint die schnelle Energiefreisetzung eines EDLCs mit der höheren Energiedichte eines chemischen Akkus. In einer Pseudokondensatorzelle wird eine der zwei porösen Kohleelektroden durch Materialien, wie metalldotierte Kohlenstoffe, leitfähige Polymere oder Metalloxide, ersetzt. Daraus ergeben sich zwei unterschiedliche Lademechanismen an den Elektroden: elektrisches Doppelschichtsystem an der porösen Kohleelektrode und eine Kombination aus Faradayschen Reaktionen und Oberflächenreaktionen an der Hochenergieelektrode. Diese Kombination erzeugt ein von der angelegten Spannung linear abhängiges Ladungsübertragungsverhalten, und infolgedessen funktioniert und verhält sich der Pseudocap wie ein Kondensator.

Die Nesscap-Pseudokondensatoren haben im Allgemeinen fast doppelt so viel Energie zu bieten wie Supercaps mit ähnlichen physikalischen Dimensionen, wobei die definierte Zyklenanzahl nicht so groß ist wie die der Supercaps, aber deutlich höher als bei Lithium-Ionen-Akkus. Bei Anwendungen, bei denen es nicht so sehr auf Zyklen mit hoher Beanspruchung ankommt, wie Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) oder sonstige Ersatzstromanwendungen, kann der Einsatz von Pseudokondensatoren die optimale Lösung sein.

 

 

Was zeichnet Supercaps aus?

Verglichen mit Standard-Akkumulatoren haben Ultrakondensatoren einige Vorzüge, die eine Vielzahl an Applikationen ermöglicht:

 

Parameters

Electrostatic Capacitor

Ultracapacitor

Battery

 
 

Discharge Time

10-6~10-3 sec

1-30 sec

0.3~3hrs

 
 

Charge Time

10-6~10-3 sec

1-30 sec

1~5hrs

 
 

Energy Density (Wh/kg)

<0.1

1~10

20~100

 
 

Power Density (W/kg)

< 10,000

10,000

50~200

 
 

Charge /Discharge Efficiency

~1.0

~1.0

0.7~0.85

 
 

Cycle Life

Infinite

> 500,000

500~2,000

 

Sicher und robust

Sicherheitsrisiken bei dem Einsatz von EDLCs zeigen sich gegenüber Lithium-Ionen-Akkus als geradezu minimal. Während Lithium-Ionen-Akkumulatoren elektrisch sehr schnell in Grenzbereiche kommen können und mit exothermen Reaktionen gerechnet werden muss; insbesondere bei unsachgemäßer Behandlung, erweisen sich EDLCs hier als eine deutlich robustere und sicherere Komponente. In den so genannten "Abuse-Tests" der Westsächsischen Hochschule Zwickau konnten die Forscher bisher keinen Supercap elektrisch schädigen, so dass er bei seiner Zerstörung sicherheitsrelevante Probleme verursacht hätte.

Eine Tiefenentladung ist im Gegensatz zu Lithium-Akkus für den EDLC unkritisch. Eine Überladung der Supercaps sollte hingegen vermieden werden, da sie die Lebensdauer stark reduziert und den Kondensator irreversibel beschädigen kann. Des Weiteren könnte ein möglicher Kurzschluss in der elektrischen Schaltung ein Gefahrenpotential beim Einsatz des Ultrakondensators darstellen. Durch den sehr niedrigen Innenwiderstand könnten auch bei verhältnismäßig kleinen Bauformen hohe Kurzschlussströme fließen. Auf Grund dessen ist der Einsatz bedarfsgerechter Schutzelemente wie z.B. Sicherungen zur Unterbrechung des Fehlerkreises zu empfehlen.

Welche Einsatzgebiete profitieren von Supercaps?

Viele Anwendungen können durch den Einsatz von Superkondensatoren effizienter werden; den größten Nutzen bieten sie aber für Applikationen, die ein schnelles Laden und Entladen mit großer Leistung und hohen Strömen erfordern. So können zum Beispiel in Hybridfahrzeugen nur Ultrakondensatoren große Mengen zurückgewonnener Energie während des Bremsens aufnehmen, speichern und schnell zum Beschleunigen freisetzen.

Trotz der untergeordneten Rolle, die sie in den heutigen Mikro- bis Mild-Hybridfahrzeugen spielen, kann die Energieeinsparung eine Kraftstoffersparnis von bis zu 15 Prozent ausmachen. In Energiespeichersystemen elektrischer Zügen, Straßenbahnen und U-Bahnen können sich diese Einsparungen leicht auf einen um bis zu 25 Prozent geringeren Energieverbrauch belaufen.

Ultrakondensatoren eignen sich auch für unterstützende Funktionen, da sie gemeinsam mit Akkumulatoren und Brennstoffzellen eingesetzt werden können, um Leistung und Lebensdauer des Gesamtsystems zu verbessern. Durch Verwendung von Ultrakondensatoren zusammen mit Akkumulatoren lassen sich Leistungsfähigkeit der Ultrakondensatoren und größere Energiespeicherkapazität der Batterien miteinander vereinen. Das ermöglicht eine längere Lebensdauer der Akkumulatoren, während die Gesamtleistung durch die für hohe Spitzenleistungen zur Verfügung stehende größere Energiemenge verbessert wird.

Der Ultrakondensator verfügt über ein großes Wachstumspotential, weil er auf Schlüsselmärkte ausgerichtet ist, in denen es auch um gesellschaftliche Anliegen unserer Zeit geht: Er ist umweltfreundlich, hilft Energie zu sparen und verbessert bei gemeinsamem Einsatz mit weiteren Technologien die Energieeinsparbilanz anderer Geräte.

 

 

In welchen Marktsegmenten bieten Supercaps Vorteile?

Im Folgenden finden Sie einige Anwendungsbereiche, die von Superkondensatoren profitieren können:

Automobil: Bordnetzstabilisierung, Mikro-Hybrid, Mild-Hybrid

Industrie & Verbraucher: USV, Medical, Leiterplatten mit kleiner USV, Roboter, Detektoren, Handgeräte, intelligente Stromzähler (AMR), Dashcams

Mobilität: Hybrid-Bus, Hybrid-Straßenbahn, Service-Truck, Kaltstarthilfe, Schifffahrt, elektrischer Hafenkran, Bagger

Erneuerbare Energie: Solar-Nachführung, Pitch Control-System

Netz: Netz- und Frequenzstabilisierung im Verbund oder Inselnetz

  • Batterieerssatz

  • Sicherheitsrelevante- & Notstrom-Anwendungen
    • Hohe Leistungsanforderungen
    • Genügend Energie zum Drehen der Rotorblätter auf Neutralstellung bei Abschaltung

  • Zuverlässig in extremen Umgebungen
    • Weiter Temperaturbereich (~40°Celsius -> +85°Celsius)

  • Geringfügige Wartungskosten
    • Längere Lebensdauer im Vergleich zu Batterien

  • Umweltfreundlich

  • Geringeres Gewicht
  • Anwendungen mit hoher Beanspruchung bis zu 1.000.000 Zyklen

  • 48 Volt - 177 Farad
  • Batterieerweiterung
    • Ausgleich bzw. Auffangen von Leistungsspitzen an der Batterie
    • Lösung für Spitzenleistungen

  • Überbrückung
    • Hoher Leistungsbedarf
    • Genügend Energie zum Überbrücken der notwendigen Zeit

  • Spitzendeckung
    • Ausgleich kurzer Leistungsspitzen im Stromnetz (kein Lastausgleich)
    • Geringfügige Wartungskosten
    • Längere Nutzungsdauer der Batterie
  • Lösung für Spitzenleistungen
    • Hohe Leistungsdichte

  • Zuverlässig in extremen Umgebungen
    • Weiter Temperaturbereich (-40°Celsius -> +85°Celsius)

  • Sicherheits- & Notstrombedarf
    • Reserve (Last Gasp)

  • Geringfügige Wartungskosten
    • Längere Lebensdauer
  • Fernüberwachungslösungen für intelligente Städte
    • Datenkommunikationsgeräte brauchen eine redundante Stromversorgung
    • Kommunikationsmodule für Straßenbeleuchtung
      • Supercaps als Energiespeicher für 2G-/3G-Modem

  • Sicherheit- & Notstrombedarf

  • Offboard-Kommunikation

  • Verkehrssicherheit
    • Sensoren, Instrumente, drahtlose Kommunikation etc.

  • Infrastruktur

  • 5G-Internet
    • Multimedia Broadcasting
    • Live-Streaming

Einige Mögliche Anwendungsbereiche

  • Netzqualität: Ausgleich von Spitzen und Einbrüchen in der Eingangsspannung
  • Speicher-Backup: Speichern von Prozess- und Positionsdaten zur Wiederaufnahme der Arbeit
  • Notstrom: Notstrom zum Beenden des unmittelbaren Prozessschritts vor endgültigem Ausfall der Stromversorgung

Wie kann das Know-how von Rutronik Ihrem Unternehmen helfen?

Rutronik leistet mehr als die reine Vermarktung von EDLCs: Wir beraten unsere Kunden persönlich und vor Ort, um sie von der Planung bis zur Realisierung ihres Projektes zu unterstützen. Darüber hinaus bieten wir Seminare an, die mit Themen wie POWER oder H.E.S.S. (Hybrid Energy Storage System) eine Plattform zum direkten Wissenstransfer und Austausch mit unseren Produktspezialisten sowie Herstellern bieten. Wir arbeiten mit der Hochschule Zwickau in einem Forschungsprojekt zusammen - so sind wir technisch wie auch fachlich immer auf dem neuesten Stand und treiben die Entwicklung verbesserter Energiespeichersysteme stetig voran. Derzeit befindet sich das Demoboard des H.E.S.S. in der Entwicklung, um im Anschluss unseren Kunden die Vorzüge eines hybriden Energiespeichersystems vorzustellen.

Unsere Vorteile für Sie auf einen Blick:

  • Zuverlässige und kompetente Ansprechpartner / Produktspezialisten für Supercaps
  • Eng verzahnte Beziehung zu führenden Herstellern weltweit
  • Weltweite Logistikdienstleistung
  • Technischer Support bei Entwicklungen (auch vor Ort beim Kunden) mit und ohne Hersteller
  • Einziger Broadline-Distributor, der die XP-Serie aktiv mit Nesscap in den Markt promotet
  • Verfügbarkeit und kurze Lieferzeiten: Alle Nesscap Artikel der kleinen (3F-50F) und mittleren Kapazitäten (100F-360F) ab Lager verfügbar, auch bei der XP-Serie (3F-50F)

Revolution der Energiespeicherung

Doppelschichtkondensatoren können Lithium-Ionen-Batterien in bestimmten Bereichen ersetzen

Sie sind sicher, robust und langlebig: Doppelschichtkondensatoren, so genannte Electric Double Layer Capacitors (EDLCs)s, handelsüblich auch Supercaps oder Ultracaps genannt, haben gegenüber Lithium-Ionen-Batterien viele Vorteile und eignen sich für zahlreiche Einsatzgebiete - von der Energieversorgungstechnik bis hin zu Consumer-Geräten. Dennoch fristen EDLCs auf dem Energiespeichermarkt noch immer ein Nischendasein. Prof. Dr. Ing. Mirko Bodach von der Westsächsischen Hochschule Zwickau forscht seit fast 20 Jahren an den vielseitigen Energiespeichern. Im Interview spricht er über Risiken, Vorteile und Gründe für den erwarteten Durchbruch der EDLCs.


Prof. Dr. Ing. Mirko Bodach

Prof. Dr. Ing. Mirko Bodach erhielt 2007 den Ruf für die Professur für Elektrische Energietechnik / Regenerative Energien an der Westsächsischen Hochschule Zwickau. Seit 19 Jahren untersucht er unter anderem elektrische Energiespeicher für erneuerbare Energiesysteme und gilt als einer der ersten, der EDLCs in solchen Systemen eingesetzt hat. Derzeit konzentriert sich die Forschung Bodachs und seines Teams aus zwölf wissenschaftlichen Mitarbeitern auf Projekte, deren Inhalt intelligente, stationäre Energieversorgungskomponenten, Energie- und Speichermanagement und vieles mehr umfasst.

Sie forschen sowohl an EDLCs als auch an Lithium-Ionen-Batterien. Wo liegt dabei Ihr Schwerpunkt?

Prof. Dr. Ing. Mirko Bodach: Wir bringen Energiespeicher in verschiedenen elektrischen Anwendungsszenarien zum Einsatz. Anteilig halten sich dabei EDLCs und klassische Speichertypen wie Batterien - Lithium-Ionen-Batterien, teils auch bleibasierte Systeme - etwa die Waage. Bleibatterien sind nach wie vor sehr preiswert und seit über 100 Jahren in stationären Anwendungen etabliert.

Wir arbeiten beispielsweise an einem interessanten Projekt über die Kombination von EDLCs und Batterien an Blockheizkraftwerken. In Kürze wird es dazu Veröffentlichungen geben. Ziel des Projektes war es, Batterien größeren Bauformen durch den Einsatz von EDLCs in ihren Parametern zu verbessern. Dazu zählen neben Leistungsfähigkeit, Lebensdauer, Robustheit, Ladefähigkeit auch die allgemeine Akzeptanz sowie normative Voraussetzungen für den Einsatz entsprechender dualer Speicher. Mit dem Erreichen der dort gesteckten Ziele können Entwickler häufiger auf die Vorteile einer Technologie mit EDLCs zurückgreifen.

 

Was bedeutet das?

 

Welche Risiken bestehen denn verglichen mit anderen Energiespeichern?

Bodach: Sicherheitsrisiken bei dem Einsatz von EDLCs zeigen sich gegenüber Lithium-Ionen-Batterien als geradezu minimal. Während Lithium-Ionen-Batterien elektrisch sehr schnell in Grenzbereiche kommen können und mit exothermen Reaktionen, insbesondere bei unsachgemäßer Behandlung, gerechnet werden muss, erweisen sich EDLCs hier als eine deutlich robustere und sicherere Komponente.

In unseren sogenannten "Abuse-Tests" konnten wir bisher keinen EDLC elektrisch so schädigen, dass er bei seiner Zerstörung sicherheitsrelevante Probleme verursacht hätte.

Um ein "brandgefährliches" Luftsauerstoff-Gasgemisch (aus dem Elektrolyten) in einem geschlossenen Raum zu erhalten, müssten plötzlich eine größere Anzahl EDLCs ausgasen als überhaupt in den zur Verfügung stehenden Bauraum passen würden.

Eine Tiefentladung stellt im Gegensatz zu Lithiumbatterien für den EDLC kein Problem dar. Überladungen reduzieren die Lebensdauer stark, sind aber sicherheitstechnisch unkritisch.

Ein möglicher Kurzschluss birgt weiteres Gefahrenpotential beim Einsatz des EDLC in elektrischen Schaltungen . Durch den niedrigen seriellen Innenwiderstand können hierbei auch bei verhältnismäßig kleinen Bauformen hohe Kurzschlussströme fließen. Auf Grund dessen ist der Einsatz bedarfsgerechter Schutzelemente zur Unterbrechung des Fehlerkreises notwendig.

Das gilt auch für jede andere Art von Speicher, die in kurzer Zeit sehr viel Leistung abgeben können. EDLCs sind insgesamt sehr sicher und aus unserer Sicht unproblematisch.

 

EDLCs sind also deutlich robuster im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. Wie steht es um die Lebensdauer? Und wie wird sie berechnet?

Bodach: Die Erfahrungen aus unseren Projekten zeigt, dass die Lebensdauer sehr stark von der Zielapplikation abhängt. Durch Zyklentests an eine Vielzahl unterschiedlicher EDLCs ist es uns gelungen, ein mathematisches Modell auf Basis des Arrheniusgesetzes aufzustellen, das eine recht genaue Abschätzung der Lebensdauer ermöglicht. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Zielapplikation. Zur Verdeutlichung dienen zwei diametrale Einsatzfälle.

Zum einen die Verwendung in einer Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) und zum anderen die Verwendung des EDLC in einem dynamische Bremsenergierückspeichersystem (KERS). Während der EDLC in der USV in der Dauererhaltungsladung verbleibt und nur selten Energie an das zu stützende System abgeben muss, wird er im KERS permanent zykliert.

Entscheidend sind hier Parameter bezüglich der Spannung, des Stromes, der Temperatur und nicht zu vergessen des Herstellers. Hier empfiehlt sich generell eine applikationsbezogene, wissenschaftlich unterstützte Einsatzuntersuchung.

 

Sehen Sie bei Messreihen große Unterschiede bei der chemischen Zusammensetzung zwischen Herstellern?

 

Sind die Temperaturzyklen entscheidende Faktoren für die Lebensdauer, oder gibt es noch andere wichtige Faktoren?

Bodach: Die mittlere Temperatur in der Gebrauchsdauer eines EDLCs hat ungefähr dieselbe Wichtung wie die mittlere Spannung. Der mittlere Strom ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Temperatur und Spannung sind somit die treibenden Parameter, da sie die Elektrolytzersetzung begünstigen.

 

Heißt das, dass Sie bei Lebensdauerberechnungen von der mittleren Temperatur über die Lebenszeit hinweg ausgehen, oder haben Sie definierte Temperaturprofile, die widerspiegeln, bei welchen Temperaturen der Cap verwendet beziehungsweise belastet wird? Fließen bei den Berechnungen einzelne Parameter der jeweiligen Zelle seitens der Hersteller mit ein?

Bodach: Das ist anwendungsbezogen: In einer Windkraftanlage kann man beispielsweise die mittlere Jahrestemperatur am Einsatzstandort in der unmittelbaren Umgebung der EDLC-Zellen annehmen. Die Parameter der Hersteller fließen natürlich mit ein.

 

Gibt es einen Vorhersage-Algorithmus, den man Kunden oder Projekten zur Verfügung stellen könnte?

 

Wie steht es bei EDLCs um das Balancing?

Bodach: Nach unserer Erfahrung aus den Versuchen und Projekten wird Balancing benötigt, wenn der Speicher sehr lange bei hohen Erhaltungsspannungen betrieben wird, wie etwa bei einer USV. In diesem Fall ist ein Balancing mit relativ geringen Strömen interessant. Anders sieht es bei Rekuperationssytemen aus: Hier werden die Kondensatoren mit hohen Leistungen beaufschlagt; zum wirksamen Balancing sind in diesem Falle enorme Ausgleichströme notwendig. Dies können die elektronischen Balancingsysteme oft nicht leisten und verursachen zudem noch hohe Verluste für das Gesamtspeichersystem.

Hier ist es sinnvoller, eine Zelle mehr einzusetzen, die Kondensatoren auf niedrigere Spannung zu dimensionieren und ihre Lebensdauer damit zu erhöhen.

 

Benötigt man bei bestimmten Applikationen, etwa hybriden Energiespeichern, Balancing?

Bodach: Applikationsbezogen gilt das vorher Gesagte. Im hybriden Speichersystem muss der EDLC die Spitzenlast puffern. Ein Balancing ist damit im Regelfall für den EDLC-Part nicht entscheidend. Der langsame Speicher (LiIon) ist dagegen sehr wohl mit einem BMS auszustatten.

 

Viele etablierte Hersteller steigen jetzt erst in die EDLC-Fertigung ein. Sie experimentieren mit unterschiedlichen Chemien und Zusammensetzungen, um sich vom Wettbewerb abzuheben und Systeme für bestimmte Applikationsbereiche zu entwickeln. Lithium-Ionen-EDLC-Hybridsysteme stehen dabei durchaus hoch im Kurs. Wie bewerten Sie die Risiken und Gefahren solcher kombinierter Technologien?

Bodach: Ein klassischer EDLC speichert Energie in der Helmholtzschicht und ist damit ein rein elektrostatischer Speicher. Ein Lithium-Cap hingegen nutzt zusätzlich eine chemische Reaktion zur Speicherung der Energie und ist damit generell anders zu bewerten als ein EDLC. Die Applikation muss anders dimensioniert werden. Grundsätzlich ist das Bauelement Lithium-Cap hochinteressant. Besonders im Bereich Energy Harvesting, in dem die sehr geringe Selbstentladung eine Rolle spielt, sehe ich Einsatzmöglichkeiten für Lithium-Caps. Allerdings sollte beachtet werden, dass ein Lithium-Cap im Batteriegesetz (BattG) vorausichtlich wie eine herkömmliche Batterie zu behandeln ist und somit vom Hersteller zurückgenommen werden müsste.

 

 

Derzeit reagiert der Markt noch verhalten auf EDLCs, bei E-Mobilität gibt es immerhin schon Serienprojekte. Welche spezifischen Märkte können für EDLCs den Durchbruch in den Massenmarkt bedeuten?

Bodach: Der Bereich USV wäre das ideale Einsatzfeld für EDLCs. In Deutschland sind 95 Prozent der ohnehin schon äußerst seltenen Netzausfälle kürzer als eine Sekunde, 98 Prozent der Netzausfälle kürzer als zehn Sekunden. Das lässt sich ausgezeichnet mit einer Kurzzeit-USV abdecken. Dieser Markt ist prädestiniert für EDLCs. An dieser Stelle ist die höhere Lebensdauer der EDLCs von Vorteil. Auch im Bereich der Energiespeicherung zur Pitchverstellung in Windkraftanlagen hat sich dieses System bereits bewährt. Unglaublich interessant wäre auch der Spielzeugmarkt als ein ideales Einsatzgebiet.

 

Warum das?

Bodach: Stellen Sie sich vor, dass ein ferngesteuertes Modellauto, in dem bisher Akkus verbaut sind, die für 45 Minuten Spielspaß bis zu zwei Stunden geladen werden müssen (bevor der Spielspaß beginnt!) von EDLCs betrieben werden: Kinder könnten ihre Spielzeuge in wenigen Minuten aufladen und in etwa die gleiche Zeit spielen, ohne jemals die "Batterie" wechseln zu müssen. Wir haben bereits derartige Modelle entwickelt. Selbstverständlich ist das Spielzeug im Moment etwas teurer, für den Nutzer (und die Umwelt) amortisiert sich dies jedoch schnell. Die Spielzeughersteller müssten davon überzeugt werden.

 

Was hindert EDLCs dann noch am Marktdurchbruch? Wo müssen Sie noch Überzeugungsarbeit leisten?

Bodach: Der Preis, die Lieferzeiten und manchmal die Mindestabnahmemenge sind derzeit ein Problem. Wenn ein Entwickler für seine Applikation den Bedarf für eine halbe Million Zellen sieht, würde sich der Preis pro Zelle natürlich entsprechend nach unten korrigieren. Ich bin der Meinung, dass man konsequent weiter aufklären und Anwendungsfälle eindeutig adressieren, Beispiele anbieten muss, bei denen Projekte mit EDLCs realisiert wurden. Wir müssen aufzeigen, wo und mit welchen Parametern es Sinn ergibt, einen EDLC zu verwenden. Wir haben sehr gute Erfahrungen mit Rutronik gemacht, die uns als Hochschule Möglichkeiten angeboten haben, die neuesten EDLCs zu testen. Das war sehr wichtig. Es braucht Leuchtturmprojekte, die zeigen, was EDLCs leisten können - das wird dann auch die Industrie überzeugen und dazu führen, dass es mehr Unternehmen gibt, die solche Speicherkonzepte umsetzen möchten.

 

Wie könnte die Maker-Szene beim Durchbruch helfen?

Bodach: In meinem Forschungsteam habe ich einen Hobbybastler, der eine elektrische Zahnbürste mit EDLCs betreibt, die per Photovoltaik geladen werden. Auch seine Computermaus läuft mit EDLC. Das ist spannend! Ein Distributor wie Rutronik könnte solchen Makern Starterkits beziehungsweise Zellen in geringer Stückzahl kostengünstig zur Verfügung stellen, um EDLCs in Umlauf zu bringen. Das gleiche gilt für Schulen: Wir haben die Erfahrung gemacht, dass Physiklehrer hochinteressiert an diesem Bauelement sind. Mit einer kurzen Sicherheitsunterweisung könnte man Schülern einen Anreiz geben, zu experimentieren. Das macht den Unterricht interessanter und führt hoffentlich zu steigenden Studentenzahlen im MINT-Bereich. Insbesondere ein Studium der Elektrotechnik wäre für viele junge Menschen ein Jobgarant.

 

Wie könnten Kooperationsprojekte mit Industriekunden aussehen?

Bodach: Genau so, wie wir mit Rutronik kooperieren: Ein Unternehmen weiß, was es möchte, hat möglicherweise nur noch keine Idee, wie die Umsetzung aussehen soll. Da sind wir an der Fakultät Elektrotechnik der Westsächsischen Hochschule Zwickau sehr gute Ansprechpartner, um diese Idee weiterzuentwickeln. Solche Projekte haben wir schon oft unterstützt. Es genügt, bei uns anzufragen, ob ein gemeinsames Projekt möglich ist. Je nachdem, wie intensiv der Aufwand ist, kann das bereits ein Student (Praktikum, Studien-, Diplom- oder Masterarbeit) unterstützen, bei dem am Ende ein Empfehlungsleitfaden für die nächsten Schritte herauskommt. Der nächste Schritt wäre beispielsweise ein Kooperationsprojekt, bei dem das Unternehmen finanzielle Mittel im Rahmen einer Auftragsforschung bereitstellt. Für richtig große Projekte mit hohen wissenschaftlichen Risiken sind auch staatliche Fördermittel denkbar.

 

Arbeiten Sie derzeit an Drittmittelprojekten, zu denen Sie etwas verraten können?

Bodach: Das derzeit größte Projekt ist WindNODE mit ca. 70 Projektpartnern. Projektkoordinator ist der Netzbetreiber 50Hertz. Wir kooperieren hier mit namhaften Projektpartnern. Spannend sind aus unserer Sicht hier ebenfalls elektrische Energiespeicher. Wer mehr wissen will, findet umfangreiches Informationsmaterial auf www.windnode.de.

 

Warum sollte man sich als Unternehmen dafür entscheiden, EDLCs einzusetzen?

Bodach: Die Entwickler der Unternehmen sollten testen und sich die Vorteile ansehen. Ich finde das Bauelement seit langem schon hochinteressant. An der richtigen Stelle und mit dem richtigen elektrischen System können EDLCs die Energiespeicherwelt revolutionieren! Die Technik, die in EDLCs steckt, ist preiswert, auch die Gefahr mangelnder Rohstoffe zur Herstellung besteht nicht.

Welche radialen Zellen gibt es?

Neue XP-Produktserie
 

Nesscap Part Number

Rutronik No.

Capacitance Rating

Biased Humidity Life*

 
 

ESHSR-0003C0-2R7UC

KUK974

2.7V 3F

2,000 Hrs

 
 

ESHSR-0005C0-2R7UC

KUK973

2.7V 5F

2,000 Hrs

 
 

ESHSR-0006C0-2R7UC

KUK972

2.7V 6F

2,000 Hrs

 
 

ESHSR-0010C0-2R7UC

KUK971

2.7V 10F

2,500 Hrs

 
 

ESHSR-0025C0-2R7UC

KUK965

2.7V 25F

3,000 Hrs

 
 

ESHSR-0050C0-2R7UC

KUK970

2.7V 50F

3,000 Hrs

 

* = Biased Humidity Life (at VR, 60°C, and 90% RH)

Standard-Produktserie
 

Nesscap Part Number

Rutronik No.

Capacitance Rating

Biased Humidity Life*

 
 

ESHSR-0003C0-2R7

KUK568

2.7V 3F

< 500 Hrs

 
 

ESHSR-0005C0-2R7

KUK798

2.7V 5F

500 Hrs

 
 

ESHSR-0006C0-2R7

KUK819

2.7V 6F

< 500 Hrs

 
 

ESHSR-0010C0-2R7

KUK638

2.7V 10F

500 Hrs

 
 

ESHSR-0025C0-2R7

KUK412

2.7V 25F

500 Hrs

 
 

ESHSR-0050C0-2R7

KUK443

2.7V 50F

1,000 Hrs

 

Was macht die XP-Serie von Nesscap besonders?

Widerstandsfähig und leistungsstark trotz widriger Umgebungsbedingungen: Die neue XP™-Serie von Nesscap wurde speziell für den Einsatz bei hoher Luftfeuchtigkeit und hohen Temperaturen entwickelt.

Die neue Serie von Nesscap wurde unter der speziellen Testbedingung des "Biased Humidity Tests" (2,7 Volt, 90% relative Luftfeuchtigkeit, 60°Celsius) getestet und zeichnet sich dabei unter DC-Spannung mit einer deutlich verbesserten Lebensdauer im Vergleich zu Standardzellen aus.

Die XP™-Serie wird im Kapazitätsbereich von 3 Farad bis 50 Farad angeboten und verfügt über die identische Baugröße sowie identische elektrische Eigenschaften, wie die Nesscap Standard-Serie. Die patentierte Verschlusstechnik und Kontaktierung zeichnen die XP™-Serie aus. Sie ist konform mit RoHS-, UL- und REACH-Richtlinien. Die XP™-Serie wurde speziell für Anwendungen bei wechselhaften Umweltbedingungen und hoher Temperatur entwickelt. Sie ist für Temperaturen zwischen -40°Celsius und +65°Celsius spezifiziert und bietet eine lange Zyklenbeständigkeit von mindestens 500.000 Lade- und Entladezyklen.

Nesscap Ultracapacitors - was zeichnet das Unternehmen aus?

Seit seiner Gründung im Jahr 1999 ist Nesscap zu einem preisgekrönten weltweiten Marktführer in der technologischen Innovation und Produktentwicklung von Ultrakondensatoren geworden. Nesscap Energy ist weltweit führend in der EDLC-Technologie und produziert ein breites Spektrum an handelsüblichen Standardprodukten, zu denen einzelne Zellen und Module mit unterschiedlichen Spannungsbereichen gehören. Das Unternehmen ist nach ISO und TS zertifiziert und legt seinen Schwerpunkt auf eine hervorragende Qualität.

Die Produkte von Nesscap sind in den Marktsegmenten zu finden, die verschiedene Anwendungsmöglichkeiten und globale Chancen für ein anhaltendes Wachstum bieten: Mobilität, erneuerbare Energie, Industrie, Verbraucher- und Automobilbranche. Die Nesscap-Produkte dienen als Ersatz oder Erweiterung der Leistung hinsichtlich des Energie- und Leistungsbedarfs moderner Anwendungen, die von tragbaren elektronischen Geräten bis zu 'grünen' Hightech-Fahrzeugen reichen. Sie stehen als Einzelzellen sowie als Module zu Verfügung.

Die Eigenschaften des Ultrakondensators lassen den Einsatz dieser Technologie in Anwendungsbereichen zu, in denen die Eignung von Akkumulatoren im Hinblick auf Leistung, Anforderungen an Lebensdauer und Umgebungsbedingungen begrenzt ist.

Bei Nesscap laufen aktive Forschungs- und Entwicklungsprogramme zur Erweiterung des aktuellen Produktportfolios. Das Produktangebot umfasst einzelne Zellen, die von 3 Farad bis zu 360 Farad reichen, wie auch kleine Module mit Spannungen von 5 Volt. Dank der anhaltenden Innovation und Entwicklung bei Nesscap konnten in den letzten fünf Jahren über 20 neue Produkte auf den Markt gebracht werden.

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