Unterschied zwischen Superkondensatoren und Batterien

Superkondensator vs Batterie

Den Vergleich von Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien könnte man mit dem Vergleich eines Sprinters und eines Marathonläufers gleichsetzen.

Beide speichern Energie, aber sie haben unterschiedliche Vor- und Nachteile.

Was sind Superkondensatoren?

Superkondensatoren speichern Energie durch zwei Mechanismen: statische und elektrochemische Verfahren.

Bei der statischen Speicherung werden Ladungen an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt getrennt, was zur Bildung einer elektrischen Doppelschicht führt. Diese Schichtkapazität speichert Energie, ohne dass chemische Reaktionen in der Zelle auftreten.

Die auf diese Weise gespeicherte Energie kann bei Bedarf sofort freigesetzt werden. Elektrochemische Mechanismen beinhalten Redoxreaktionen, bei denen durch die Ionentransfer zwischen Elektrolyt und Elektroden Ladungen gespeichert werden.

Superkondensatoren können je nach Zielanwendung einen oder beide Mechanismen nutzen.

Was sind Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Batterien sind die gängigsten Arten von wiederaufladbaren Batterien. Batterien speichern Elektrizität durch elektrochemische Prozesse, wandeln sie in chemische Energie um und geben sie bei Bedarf wieder als Elektrizität ab. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte in Volumen und Gewicht sind Lithium-Ionen-Batterien ideal für tragbare Energiespeichersysteme mit hoher Energiedichte. Sie werden in einer Vielzahl von Geräten verwendet, von Elektrofahrzeugen bis hin zu Smartphones und Laptops.

Vor- und Nachteile von Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien

• Energiedichte: Superkondensatoren haben im Vergleich zu herkömmlichen Batterien eine wesentlich geringere Energiespeicherung pro Volumen- oder Gewichtseinheit. Die Energiedichte entspricht im Falle von Elektrofahrzeugen der Reichweite pro Ladung, weshalb Batterien besser für Anwendungen geeignet sind, die eine großräumige Energiespeicherung erfordern.
  
• Leistungsdichte: Superkondensatoren sind ideal für Anwendungen, die eine schnelle Energienutzung erfordern, da sie große Energiemengen in kurzer Zeit bereitstellen können. Schnelles Beschleunigen eines Elektrofahrzeugs oder der Blitz von Kameras sind solche Anwendungen.
  
• Selbstentladung: Der Selbstentladungsanteil von Batterien ist im Vergleich zu Superkondensatoren viel niedriger. Daher sind Batterien besser geeignet für Anwendungen, die Langzeitenergiespeicherung ohne häufige Nachaufladung erfordern.
  
• Lebensdauer: Superkondensatoren können über 1.000.000 Lade-/Entladezyklen bewältigen, während normale Batterien aufgrund chemischer Reaktionen, die die Komponenten zersetzen, normalerweise nur etwa 2.000 bis 3.000 Zyklen durchhalten.
  
• Kosten: Superkondensatoren haben aufgrund der Kosten für ihre Komponenten und der Tatsache, dass die Leistung sehr schnell und in manchen Fällen ineffizient entladen wird, normalerweise höhere Kosten pro Watt.
  
  
• Nachhaltigkeit: Der Abbau von Lithium, Nickel und Kobalt, die für Lithium-Ionen-Batterien benötigt werden, wirft Umweltbedenken hinsichtlich Abfall und Verschmutzung auf. Im Gegensatz dazu verwenden Superkondensatoren Materialien wie Aktivkohle aus Biomassequellen, die erneuerbarer sind, weniger Schaden für die Umwelt verursachen und leichter recycelbar sind.

Welche Technologie ist am besten?

Die Wahl zwischen Superkondensatoren und Batterien hängt von der Anwendung ab, für die sie eingesetzt werden. Beide bieten großen Mehrwert und funktionieren manchmal am besten, wenn sie zusammen verwendet werden.

Zum Beispiel, wenn Sie beides in einem Bus verwenden:

• Beim Beschleunigen: Superkondensatoren liefern sofort eine große Leistung.
• Beim Halten konstanter Geschwindigkeit: Batterien übernehmen die Energieversorgung.

Doch sowohl Batterien als auch Superkondensatoren benötigen noch viel Forschung. Die Forschung konzentriert sich auf folgende Bereiche:

• Verbesserung der Energiedichte
• Erhöhung der Entladungskapazität
• Verstärkung der Zyklendauerbeständigkeit
• Erhöhung der Sicherheit

Diese Forschung könnte zur Entdeckung neuer Materialien und Chemikalien führen, die die Leistung von Batterien und Superkondensatoren weiter verbessern.

Analysengeräte für die Forschung an Superkondensatoren und Batterien

Malvern Panalytical bietet eine breite Palette von Werkzeugen an, die sich durch Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Vielseitigkeit auszeichnen, um Forschern und Herstellern zu helfen, Hochleistungsbatterien und Superkondensatoren mit reduziertem ökologischen Fußabdruck zu entwickeln.

Zum Beispiel können die Röntgenfluoreszenzanalysegeräte der Zetium– und Epsilon-Reihen zur Analyse der Elementarzusammensetzung und der Verunreinigungen in Kathoden-, Anoden- und Elektrolytmaterialien verwendet werden.

Die Mastersizer-Reihe und die Zetasizer Advance-Reihe ermöglichen die Partikelcharakterisierung und die Analyse der Partikelgrößenverteilung.

Das Empyrean und das kompakte Aeris Röntgenbeugungsgeräte können zur Analyse von Superkondensator- und Batteriematerialien verwendet werden, um kristalline Defekte zu identifizieren, die sich nachteilig auf die Leistung von Batterien auswirken können. Für weitere Informationen darüber, wie die Lösungen von Malvern Panalytical die Forschung an Energiespeichermaterialien beschleunigen können, besuchen Sie bitte unsere Seite hier.