Superkondensatoren werden für die Elektrifizierung von Fahrzeugen eingesetzt, ihre Nutzung in der Serienproduktion ist jedoch bisher begrenzt. Ein bekanntes Beispiel ist der Lamborghini Sián. Nun gibt das britische Unternehmen Allotrope Energy an, eine neue Generation von Superkondensatoren entwickelt zu haben, die kleiner und leichter sei und eine doppelt so hohe Energiedichte wie bisherige Lösungen biete.
Die neuen Lignavolt-Superkondensatoren speichern laut Autocar 4 bis 15 Wh/kg im Vergleich zu den 7 bis 8 Wh/kg der bisherigen Technologie und sollen zudem „nur einen Bruchteil“ der Kosten aufweisen.
Kondensatoren speichern elektrische Energie und geben sie wieder ab, unterscheiden sich dabei jedoch grundlegend von Batterien. Sie bestehen aus zwei Elektroden, die durch ein Isoliermaterial voneinander getrennt sind. Wird eine Spannung angelegt, baut sich an den Elektroden eine elektrische Ladung auf, ohne dass chemische Reaktionen ablaufen. Dadurch können Kondensatoren deutlich schneller geladen und entladen werden als Batterien.
Batterien können große Energiemengen speichern und geben diese vergleichsweise langsam ab, während Kondensatoren nur kleine Energiemengen speichern, diese aber sehr schnell unter Last entladen können. Superkondensatoren speichern deutlich mehr Energie als normale Kondensatoren, behalten aber ihre schnelle Lade- und Entladefähigkeit bei.
„Lignavolt“-Material fördert Nachhaltigkeit
Das Besondere an Allotropes neuer elektrischer Doppelschichtkondensatoren ist laut dem Unternehmen das nachhaltig produzierte Material Lignavolt. Es basiert auf Lignin aus Zellstoff, einem Abfallprodukt der Papierindustrie.
Bei Hochvolt-Elektrofahrzeugen, Hybrid- und 48-Volt-Mild-Hybrid-Systemen sind bislang Batterien im Fokus. Der Vorteil von Superkondensatoren soll vor allem für Hybride interessant sein, wo Batterie oder Superkondensator insbesondere rekuperierte Bremsenergie für kurze Beschleunigungsphasen speichern. Ansonsten bewegt vor allem der Verbrennungsmotor das Fahrzeug und fossiler Kraftstoff sorgt für die Reichweite.
Allotrope zufolge würde die Nutzung von 100 Prozent der rückgewonnenen Energie selbst beim moderaten Bremsen eine Lithium-Ionen-Batterie erfordern, die physisch unpraktisch und zu teuer wäre. Im Vergleich dazu könne ein 1 Kilogramm schwerer Superkondensator 55 kW/75 PS liefern, 50-mal mehr als eine vergleichbare Lithium-Ionen-Batterie.
Das Ziel sei, dass mehr Beschleunigung im Hybridantrieb vom Elektromotor kommt, wodurch die Größe des Verbrennungsmotors reduziert und Emissionen sowie Verbrauch weiter gesenkt werden können. Laut Allotrope würde die Verdopplung der Leistung eines durchschnittlichen Familien-SUV einen Superkondensator mit maximal 4 kg erfordern.
Matthias meint
Die Allotrope Webseite sagt „While typical supercapacitors have an energy density of around 7-8 Wh/kg, Allotrope’s supercapacitors have demonstrated 14-15 Wh/kg“, was immer noch mies ist im Vergleich zu Akkus die 1 kWh in 7kg speichern, also 140 Wh/kg.
Der Witz ist dass eine Stunde 3600 Sekunden hat, 10 Wh also 36 kWs, also hat so ein 1kg-Ding Kapazität um 1 Sekunde lang 50 kW oder 68 PS zu bringen oder aus Rekuperation zuladen, jedoch begrenzt mit „10000 W/kg Surge Power Density“. Also gehen pro Kilo „nur“ 10 kW, dafür 5 Sekunden lang, man stelle sich das im e-Bike oder Roller vor, die würden Raketen. Zum Vergleich ein Tesla Plaid der pro kg Akku nur gut 1 kW oder 2 PS rausholt, und noch viel weniger laden kann, aber über Minuten oder Stunden nutzbar ist.
Wenn man für zackiges Überholen oder ein starkes Bremsmanöver 10 Sekunden ansetzt könnte ein 40kg-Puffer 200 kW bereitstellen und damit auch lahme Einstiegsmodelle wie Dacia usw. beflügeln. Oder einen Akku-Zug, Akku-Stadtbus.
Die Technik müsste aber zuerst im Motorsport zeigen was sie kann, ständig entweder Vollstrom oder Voll-Reku, etwa auf einer Kartbahn. Fast alle Rennserien sind komplett durchreglementiert und mit Einheitstechnik und „BoP“ an die Kette gelegt zwecks „Chancengleichheit“ und „Spannung“.
THeRacer meint
… „4 bis 15 Wh/kg“. Wie erklärt sich die breite Spanne, die im Minimalwert noch unter der Leistung der konventionellen Technik liegt ?? …
Matthias meint
Pseudospanne erklärt sich aus Tippfehler bei Autocar, Original sagt „supercapacitors have demonstrated 14-15 Wh/kg“.
Der Wert der mind. 10mal niedriger ist als bei LiIOn erklärt sich aus dem Zweck, mit „10000 W/kg Surge Power Density“ 10kW aus (und evtl.) in 1 Kilogramm fast 10mal mehr Spitzenleistung herauszuholen als aus Akkus. Ein Tesla Plaid mit 600kg Akku bringt 750kW, damit wären es 6 MW wie Elektrolokomotiven oder Top Fuel Dragster. Jedes ansonsten eher lahme Vehikel könnte damit zum Sprinter werden.
Dirk meint
Das wär doch auch recht schick, um sehr hohe Rekuperationsströme zwischenzuspeichern? Anstelle einer überdimensionierten Ladeelektronik?
Für BEV-Speicher ist das aber um Grössenordnungen zu wenig Leistungsdichte. Allenfalls für Kurzzeitbetrieb oder Spitzenlasten.
M. meint
Ist ja auch für Hybride gedacht, um mal ein paar Wh in kurzer Zeit aufzunehmen.
Eigentlich nur eine Krücke, um Kosten zu sparen, weil die Batterie entfällt.
Dirk meint
Naja, solangs die Energie aufnimmt…besser sicher als ne Minibatterie, da kann man ja auch keine 100kW Bremsenergie reinpumpen.
M. meint
Mal als Größenordnung:
10 Wh pro Kg
-> 40 Wh insgesamt
–> 2 Sek rekuperieren mit 110 kW, voll.
(oder 4 sek. mit 55 kW)
Dirk meint
Vielleicht ist es ja doch als Puffer für die Batterie gedacht…
Tinto meint
In Japan fährt sein Jahren ein Kleinbus mit dieser Technik im Linienverkehr. An jeder Haltestelle lädt er kurz die Kondensatoren auf.
Dirk meint
Spannend! Allerdings braucht dann auch jede Haltestelle eine Aufladevorrichtung, das wird wohl teuer und auf dem Land geht das auch nicht an jeder Milchkanne.
Matthias meint
In Japan unternimmt man „technologieoffen“ fast alles um keine LiIOn-Akkus verwenden zu müssen. H2 im Verbrennungsmotor und dergleichen.