Pseudokondensator

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Familie der Superkondensatoren
 
 
Superkondensatoren
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Doppelschichtkondensatoren
(elektrostatisch,
Helmholtz-Schicht)
Doppelschichtkapazität
 
Pseudokondensatoren
(elektrochemisch,
Faradaysch)
Pseudokapazität
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hybridkondensatoren
(Elektrostatisch und elektrochemisch, Faradaysch)
Doppelschicht- plus Pseudokapazität
 
 
Schematische Darstellung einer Doppelschicht an einer Elektrode (BMD-Modell).
1. innere Helmholtz-Schicht (englisch inner Helmholtz plane, IHP),
2. äußere Helmholtz-Schicht (englisch outer Helmholtz plane, OHP),
3. diffuse Schicht,
4. solvatisierte Kationen,
5. desolvatisiertes und adsorbiertes Anion (Redox-Ion, das zur Pseudokapazität beiträgt),
6. Moleküle des Elektrolyt-Lösungsmittels

Ein Pseudokondensator ist Teil eines elektrochemischen Kondensators und bildet zusammen mit einem Doppelschichtkondensator (EDLC) einen Superkondensator. Die elektrische Ladung eines Pseudokondensators, die elektrochemische Pseudokapazität, summiert sich mit der Ladung des Doppelschichtkondensators, der statischen Doppelschichtkapazität zu der Gesamtkapazität des Superkondensators. Einen Pseudokondensator allein gibt es nicht.

Pseudokondensatoren speichern elektrische Energie mit Hilfe von reversiblen Redoxreaktionen an dafür geeigneten Elektroden eines elektrochemischen Kondensators mit einer Helmholtz-Doppelschicht.[1] Die Redoxreaktionen sind verbunden mit einem faradayschen Ladungstausch aus den Ionen im Elektrolyten an die metallisch leitenden Ionen in der Elektrode. Dabei ist jeweils nur ein Elektron aus einem desolvatierten und adsorbierten Ion beteiligt. Das adsorbierte Ion geht keine chemische Bindung mit der Elektrode ein. Es findet nur ein Elektronentransfer statt.[2][3][4][5]

Elektrochemische Pseudokondensatoren verwenden Elektroden aus Metalloxiden oder leitfähigen Polymeren, die geeignet sind, eine große Menge von Ladungsträgern aufzunehmen. Die Ladungsmenge, die in einem Pseudokondensator gespeichert ist, ist linear proportional zur angelegten elektrischen Spannung. Der Pseudokondensator in einem Superkondensator hat jedoch, je nach Ausführung der Elektroden, einen stark unterschiedlichen Anteil an der Gesamtkapazität. Die Pseudokapazität einer dafür geeigneten Elektrode kann beispielsweise bei gleicher Oberfläche der Elektrode um den Faktor 100 größer sein als die Doppelschichtkapazität.[2][3][4]

Bei den reversiblen Redoxreaktionen in einem Pseudokondensator werden keine chemischen Bindungen geknüpft oder gebrochen, dadurch wird das Laden oder Entladen des Kondensators deutlich schneller als bei einem Akkumulator, bei dem mit Hilfe der chemischen Bindungen zwar mehr Energie gespeichert wird, das Laden und Entladen aber auch sehr viel langsamer verläuft.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Zbigniew Stojek: The Electrical Double Layer and Its Structure. In: Fritz Scholz (Hrsg.): Electroanalytical Methods: Guide to Experiments and Applications. Springer, Berlin/Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-02914-1, S. 3–10 (online).
  2. a b B. E. Conway: Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications. Springer, Berlin 1999, ISBN 0-306-45736-9, S. 1–8 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). Siehe auch unter Brian E. Conway in Electrochemistry Encyclopedia: ELECTROCHEMICAL CAPACITORS Their Nature, Function, and Applications (Memento vom 30. April 2012 im Internet Archive) (abgerufen am 7. Dezember 2015).
  3. a b Marin S. Halper, James C. Ellenbogen: Supercapacitors: A Brief Overview. (PDF) In: MITRE Nanosystems Group. März 2006, abgerufen am 16. September 2015 (englisch).(zuletzt abgerufen am 16. September 2015).
  4. a b E. Frackowiak, F. Beguin: Carbon Materials For The Electrochemical Storage Of Energy In Capacitors. In: CARBON. 39, 2001, S. 937–950 (PDF) und E. Frackowiak, K. Jurewicz, S. Delpeux, F. Béguin: Nanotubular Materials For Supercapacitors. In: Journal of Power Sources. Volumes 97–98, Juli 2001, S. 822–825, doi:10.1016/S0378-7753(01)00736-4.
  5. Josie Garthwaite: How ultracapacitors work (and why they fall short). In: Earth2Tech. GigaOM Network, 12. Juli 2011, abgerufen am 23. April 2013 (englisch).