SuperCaps-DoppelSchichtKondesatoren Flashcards
Welche Eigenschaften besitzt der SuperCaps, bzw. die Doppelschichtkondensatoren?
Eine sehr geringe Energiedichte, der sogar unterhalb von der BleiSäure Batterien liegen.
Eine sehr hohe Leistungsdichte
Sehr hohe bis 100.000.000 Zyklenanzahl möglich, den bekommen wir aber nur dann wenn wir sehr geringe DODs fahren 3% bis 5%.
Wann sind die SuperCaps eine Option ?
Die SuperCaps sind dann eine Option, wenn es sich um hohe Leistungen oder sehr hohe Zyklenzahlen gebraucht werden.
In welcher Größenordnung haben die DSK ihre gespeicherte Energie? und was ist im Vgl zu Elektrischer
Kondensator,Folien kondensator
die DSK haben eine gespeicherte Energiemenge von Wh während die normale Kondensator einige Ws hat und Folien kondensator einige mWs
Wie ist die Aufbau eines DSK?
Der hat quasi eine in Serie geschaltete zwei Konsensatoren, d.h. Gesamtkapasität ist halb so groß wie die einzelElektrode,
Wie ist die Ruhepotenzial eines SuperCaps?
Ein SuperCap hat keine Ruhepotenzial bedingt durch elektrochemsiche Reaktionen, Wenn Soe leer ist, dannist die Spannung 0V.
Keine Chemische Reaktion -> Lange Lebensdauer!
SuperCap Elektrodenmaterial und seine Eigenschaften erläutern?
- Als Aktivmaterial in den Elektroden haben wir Kohlenstoff mit sehr großen Oberfläche per gramm, 2000m2 pro gramm.
- Kohlenstoff mit sehr hoher innerer Oberfläche, aber schlechter elektronischer Leitfähigkeit
- Zusatzstoffe zur Verbesserung der Leitfähigkeit („ Leitruß als Elektronenleieter “) und der Stabilität („Teflon als Binder”),
- Das teurere Elektrodenmaterial bestimmt maßgeblich den Preis der Supercaps
- Sehr geringer Abstand zwischen Ionen und Kohlenstoff
Größenordnung in nm.
SuperCap Elektrolyt und seine Eigenschaften erläutern?
Organischer Elektrolyt bestehend aus
Lösungsmittel: Acetonitril
Ionenmaterial: Leitsalze
typashce Leitfähigkeiten sind 10-60ms/cm zum Vgl. H2SO4 hat 800ms/cm
Organisch denn wir wollen halbwegs eine gute Spannung haben und hohe Spannungen bei DS Kondensatoren bei 2,8V. Aber WasserzersetzungsSpannung bei 1,2V, daher organisch und wasserfrei.
SuperCap Elektroden und seine Eigenschaften erläutern?
Spezielles, elektrochemisch inertes Kohlenstoff Puder mit einer spezifischen Oberfläche von
etwa 2000 m²/g. Das Kohlenstoffpulver wird zusammen mit Hilfsstoffen als Paste auf die Aluminium Folie aufgetragen.
SuperCap Seperator und seine Eigenschaften erläutern?
Dichtes und dünnes Spezialpapier auf Zellulosebasis.
INFO
Die Dicke des Seperators hat keinen Einfluss auf die Kapasität des Kondestors. Wesentliche Abstand für die Bestimmung der Kapasität ist der Anstand zwischen den Ionen und Kohlenstoff.
Abstand zw. elektroden ist für Innenwiederstand wichtig, den hängt von der Weg mit der Ionen zu tun.. also Leistungsfähgkeit hängt von Seperatordichte ab, aber nicht die Kapasität.
Ziel ist möglichst gering Innenwiederstand.
LI-Ion vs. Supercap
positive Elektrode
negative Elektrode
elektrolyt
Speicherprinzip
Zellsapnnung
Energiedichte
Leistungsdichte
Li Metalloxid | Kohlenstoff
Graphit | Kohlenstoff
organish | organisch
chemisch | elektrostatisch
3,6V - 4,2V | 2,5V - 2,8V
>100 Wh/kg | 5wh/kg
>1000 W/k g |>5000W/kg
Eigenschaften von SuperCaps
- Hohe Leistungsfähigkeit
- ….. gespeicherte Energie, daher sind Ladungen und Entladungen mit hohen Leistungen nur kurz (Größenordnung einige Sekunden), sehr …… volumetrische und gravimetrische Energiedichte
- ….. Zyklenlebensdauer (Größenordnung ….. ) bei 100% Entladetiefe
- ….. Spannungsabfall bei konstantem Strom ( 𝑈=1/𝐶∙ int( 𝐼) 𝑑𝑡 = Q/C) und dadurch in ….. Ladezuständen bei konstanter Leistungsanforderung sehr …. Ströme. Also die elektrochemishce Entladespannung, welche ziemlich konstant ist, haben wir hier nicht.
- Hohe Leistungsfähigkeit auch bei sehr tiefen Temperaturen
- Relativ einfach Zustandsbestimmung bzgl. …. und ….., daher in sicherheitskritischen Anwendungen aufgrund von hoher erreichbarer Zuverlässigkeit interessant
- Starke …. Alterung („Halbierung der Lebensdauer mit ….., siehe Analysen in dieser Vorlesung)
- Hohe …. pro kWh speicherbarer Energie
*
- Hohe Leistungsfähigkeit
- Wenig gespeicherte Energie, daher sind Ladungen und Entladungen mit hohen Leistungen nur kurz (Größenordnung einige Sekunden), sehr geringe volumetrische und gravimetrische Energiedichte
- Hohe Zyklenlebensdauer (Größenordnung 10 5 bis 10 6 ) bei 100% Entladetiefe
- Linearer Spannungsabfall bei konstantem Strom ( 𝑈=1/𝐶∙ int( 𝐼) 𝑑𝑡 = Q/C) und dadurch in tiefen Ladezuständen bei konstanter Leistungsanforderung sehr hohe Ströme
- Hohe Leistungsfähigkeit auch bei sehr tiefen Temperaturen
- Relativ einfach Zustandsbestimmung bzgl. Leistung und Energie, daher in sicherheitskritischen Anwendungen aufgrund von hoher erreichbarer Zuverlässigkeit interessant
- Starke temperaturbedingte Alterung („Halbierung der Lebensdauer mit** 7K Temperaturanstieg**,)
- Hohe Kosten pro kWh speicherbarer Energie
Vergleich von Eigenschaften und Funktion zw. Kondensator und Batterie
Speicherung der Energie
Kondensator:
Batterie:
Zyklenlebensdauer
SuperCaps:
Batterien:
Folie 15
Speicherung der Energie
Kondensator: elektrostatisch
Batterie: elektrochemisch
Zyklenlebensdauer
SuperCaps: viele 100,000 Zyklen
Batterien: einige hundert bis einbige Tausend
Impendanzspektren bei Supercaps erklären
45° Winkel bei der Frequenmzzunahme aufgrund der Porenstrukturen von Poren und hat mit der Porosität zu tun.
Bei der sehr geringen Frequenzen haben wir dann eine fast kapasives Verhalten durch 1 /jwC
Mit abnehmender Temperatur haben wir um die frequenzgrößen um 70 bis 100 Hz eine eine abnehmende Wiederstand, dieses Phänom kehrt sich um und mit der zunehmender frequenz nimmt die Wiederstand bei geringeren Temp zu.
Entladung mit der konstanten Leistung
Wie sieht die Spannungs und Stromverläufe?
15
wir haben eine überlinearen Spannungsabfall denn wir haben eine konstante Lesitungsentladung und dabei bei sinkenden Spannung muss die Strom zunehmen um konstante Leistung zu bringen und da Strom zuimmt fällt die Spannung schneller ab
Man geht obwohl es keinen Alterungsbedingte Einschränkung gibt nicht auf Spannungen bis 0V und DOD bei 100% DENN,
denn wenn ich bei konstanter Leistungsentladung alles von Kapasität entnehme dann sinkt meine Spannung zu sehr niedrigen Werten und meine Strom müsste sehr sehr hoch sein , sodass ich andere Betribesmitteln darauf auslegen müsste.
hohe I2R verlsuet-> wärmeerzuegung-Y>alterung
Daumenregel Betrieb bei Un/2 ->bis-> Un, 75% bekommt man als Energie somit raus
SuperCups wirtschaflich usw. innteressant wenn,
für wenige Sekundelang sehr hohe Lesitungen gezogen werden soll und sehr hohe Zyklenzahlen gefahren werden
BauFormen SuperCaps
prismatisch
zylndrich
MicroSuperCup
Abhängigkeit der Kapazität von der Stromstärke
Abhängigkeit der Kapazität von der Frequenz
Kapasität sinkt bei der höheren Stromstärken bzw. C Raten
Kapasität sinkt mit zunehmender Frequenz
Daumenregel Alterung
- Halbierung der Lebensdauer beim 100 mV Betriebsspannung über 2,5V. (jedoch bei kurzfristigen Sachen kann man das schon machen und 2,5V hinaus gehen und man bekommt mehr Energie raus da sie Spannug in die egspecihrte Energie ^2 geht. E = 1/2 CU^2)
- Halbierung der Lebensdauer bei 10 Grad Temperhöhung (eig. noch mehr )
*
Wesentliche Alterungsprozess ist die …. , dh elektronen kommen aus der Kohlenstoff in die Elektrolyt, diese Ionen werden dann neutralisiert
Übertritt von Aktivmasse in die …. , bei der hohe Spannung - Temp. leichter denn, eben dabei mehr Energie im System reinsteckt.
Zersetzung des Elektrolyt
Elektrolyt
Bei den SuperCaps ist die …. Alterung(Tests) mehr relevant. Diese sind einfacher und günstiger , man stellt eine gewisse Ladezustand ein und hält diese bei konstanter Spannung in einer Temp und kann es testen. Diese Tests sind mehr im Fokus denn nach der Grundannahme die Alterung die Zersetzung des Elektrlozten und vielleciht auch die Korrision des Aluminium ist und diese Effekten lassen sich ganz gut erklären die bei gewissen Spannungen und Temp auftreten. Jedoch aus diesen …. Tests lasst sich die ….Lebensdauer nicht ganz ableiten.
kalendarische
kalendarische
Zyklen
End Of Life Kriterium bei der SuperCaps
Verdopplung des Innenwiderstandes
Kapazität ist weniger als 70% der Anfangskapazität
Was stimmt mit der unseren Daumenregel nicht ?
siehe Folie 40 für Daumenregel
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Zellen bei 65°C/UN altern schneller als die bei 45°C/UN+200mV obwohl sie beide ggü. Ref. Temp. eine 16 Fache beschleunigte Alterung aufweisen und ähnliche Rel.Wiederstandskurven oder auch Rel. Kapasität aufweisen sollen
Stärkerer Einfluss der Temperatur auf die Alterung als erwartet
Erhöhte Temperatur hat größeren Einfluss als erhöhte Spannung
Bestimmung einer neuen Formel nötig.