Ein Ultra-Capacitor - häufig auch Super-Kondensator genannt - ist ein Doppelschichtkondensator, der für die Energiespeicherung in elektrisch betriebenen Fahrzeugen einige prinzipielle Vorteile gegenüber Batterien (eigentlich: Akkumulatoren) vorweisen kann.

Funktionsweise

Funktionsprinzip eines Kondensators

Ein Kondensator besteht bei Elektrolyt-Kondensatoren - auch Dielektrikum genannt - im Prinzip aus drei Elementen: zwei Elektroden und einem Isolator. Wird eine Spannung an den Elektroden angelegt, so "wandern" die Elektronen zur Minus-Elektrode bis der Kondensator aufgeladen ist. Weil sich unterschiedliche elektrische Ladungen gegenseitig anziehen, bleibt die Ladung nach Unterbrechung der Ladungsspannung an den Elektroden gespeichert. Wird anschließend ein Stromkreis, der über die Elektroden führt, geschlossen, dann gibt der Kondensator seine Ladung wieder ab.

Funktionsprinzip eines Ultra-Capacitors

Beim Doppelschichtkondensator wird ausgenutzt, daß die Kapazität eines Kondensators umso größer ist, je größer die Fläche der Elektroden ist und je kleiner der Abstand zwischen den Elektroden ist. Deshalb werden hier Kohlenstoff-Elektroden und ein organischer Elektrolyt sowie ein spezieller Separator, der zwar elektrisch isoliert, aber ionen-durchlässig ist, verwendet. Auch der Elektrolyt ist sorgfältig ausgewählt: Seine Ionen bilden Dipole, damit sie zum jeweils entgegengesetzten Pol "wandern" können. Dort bilden sie - wenn die anliegende Spannung eine bestimmte Grenze nicht überschreitet - ein sehr, sehr dünnes Dielektrikum. Diese Eigenschaft wird Helmholtz-Effekt genannt. Da der Helmholtz-Effekt an beiden Elektroden gegenpolig auftritt, erhielt diese Kondensatoren-Art den Namen Doppelschichtkondensator. Super-Kondensator oder Ultra-Capacitor wird er genannt, weil seine Kapazität erheblich größer ist, als bei normalen Elektrolyt-Kondensatoren.

Ultra-Capacitor des Honda J-VX - (c) Honda, Japan
Ultra-Capacitor des Honda J-VX

Eigenschaften

Eine herkömmliche Batterie bzw. ein Akkumulator speichert viel Energie langsam aufgrund einer chemischen Reaktion, während ein Ultra-Capacitor weniger Energie in sehr viel kürzerer Zeit nur aufgrund der elektrischen Ladung der beteiligten Ionen speichert. Damit kommt der Ultra-Capacitor allen Formen der regenerativen Energiegewinnung bei Fahrzeugen mit Elektro-Antrieb entgegen. Wenn z. B. Bewegungsenergie beim Bremsen in elektrische Energie umgewandelt wird, so geschieht dies nur für wenige Sekunden und dann meistens mit hohen Leistungen. Bei Akkumulatoren müssen durch diese Spitzenleistungen hohe Speicherverluste in Kauf genommen werden und gleichzeitig verringert sich die Lebensdauer des Akkumulators.

Eine Batterie bzw. ein Akkumulator besitzt gegenüber einem Ultra-Capacitor zwar eine höhere Energiedichte, aber die Leistungsdichte ist beim Ultra-Capacitor erheblich besser als bei der Batterie bzw. dem Akkumulator. Üblicherweise sind Batterien bzw. Akkumulatoren schwerer als Ultra-Capacitoren.

Batterien und Akkumulatoren müssen gewartet werden. Ultra-Capacitoren sind wartungsfrei. Und auch die Ökobilanz spricht für Ultra-Capacitoren, da organische Elektrolyte statt Schwermetalle (Blei) verwendet werden.