title: Yamaha Motor

text: 2010 stellte Yamaha eine neue Reiseenduro vor, die XT1200Z Super Ténéré. Der Zweizylinder-Viertakt-Reihenmotor der neuen Maschine leistet 110 PS (80,9 kW) bei 7.250/min und einem maximalen Drehmoment von 114,1 Nm bei 6.000/min.


title: Yamaha Motor

text: Im Jahr 1994 gab Yamaha die Gründung der Marke Star Motorcycles bekannt, unter der Cruiser mit V2-Motor auf dem amerikanischen Markt vertrieben werden sollten. Im Jahr 2006 wurde Star Motorcycles zu einem eigenen Unternehmen ausgegliedert, wobei Yamaha weiterhin die Produktion und den Vertrieb übernimmt. Der Firmensitz befindet sich in Cypress in Kalifornien. Auch das Design der Motorräder wird in den USA erarbeitet. Alle Modelle basieren auf einem V2-Motor und sind deutlich als Konkurrenz zu Motorrädern von Harley-Davidson positioniert.


title: Yamaha Motor

text: Zurzeit (Anfang 2016) werden Modellvarianten basierend auf der XV1900A (Raider, Stratoliner und Roadliner), auf der XV1600 (Road Star), auf der XVS1300 (Stryker und V Star), der XV950 (Bolt und V Star) sowie der XVS650 und XVS250 (V Star) vertrieben.


title: Yamaha Motor

text: Auf der Tokyo Motor Show 1983 wurde ein einsitziger Kleinstwagen namens "PTX-1" präsentiert, der einen Motor mit 50 cm³ Hubraum hatte, aber nicht in Produktion ging.


title: Yamaha Motor

text: Zwischen 1992 und 1993 wurde der Supersportwagen "OX 99-11" entwickelt, der ebenfalls nicht in Serienproduktion ging. Ein V12-Motor mit 3500 cm³ Hubraum und 400 PS Leistung trieb die Fahrzeuge an.


title: Yamaha Motor

text: Das „R“ am Schluss der Modellbezeichnungen steht für „Raptor“. Dieser Name darf aber aus lizenzrechtlichen Gründen von Yamaha in Deutschland nicht verwendet werden.


title: Yamaha Motor

text: Seit 1963 bietet Yamaha in Deutschland Außenbordmotoren an. Die beiden ersten Modelle waren luftgekühlte Zweitakt-Einzylindermotore mit einer Leistung von 4 bzw. 8 PS. Aktuell vertreibt Yamaha Außenborder in Europa nur noch als Viertakter. Im aktuellen Programm von 2021 ist das kleinste Modell ein 2,5-PS-Motor mit einem Zylinder und 72 cm³ Hubraum, das stärkste Modell (XTO 425hp V8) hat 425 PS, acht Zylinder in V-Anordnung und 5600 cm³ Hubraum. Weiterhin sind elektrische Außenbordmotoren im Yamaha-Marine-Programm. Yamaha stellte auch zeitweise Innenbordmotoren als Diesel oder Benziner her und Z-Antriebe.


title: Yamaha Motor

text: Insgesamt konnte Yamaha bisher 37 Fahrer- und 38 Konstrukteurs-Weltmeistertitel in der Motorrad-Weltmeisterschaft einfahren.


title: Yamaha Motor

text: Insgesamt konnte Yamaha bisher zwei Fahrer- und einen Konstrukteurs-Weltmeistertitel in der Superbike-Weltmeisterschaft einfahren.


title: Yamaha Motor

text: Insgesamt konnte Yamaha bisher acht Fahrer- und sieben Konstrukteurs-Weltmeistertitel in der Supersport-Weltmeisterschaft einfahren.


title: Yamaha Motor

text: Don Vesco erzielte auf mit Yamaha-Motoren ausgestatteten Stromlinienmaschinen 1970 ("Big Red", 405 km/h) und 1975 ("Silver Bird", 487 km/h) den Motorrad-Geschwindigkeitsrekord.


title: Yamaha Motor

text: Yamaha Außenbordmotoren (2-Takter) werden im Rennbootsport hauptsächlich in der Klasse bis 850 cm³ eingesetzt. In dieser Formel 4 gewannen Fahrer mit Yamaha-Motoren in der Zeit von 1999 bis 2009 sechs Welt- und vier Europameistertitel. Anfang der 1990er Jahre waren auch in der Klasse der Dreikantfeilen bis 400 cm³ Fahrer mit Yamaha-Außenbordern am Start. Sie gewannen drei Welt- und zwei Europameistertitel.


title: Yamaha Motor

text: Von 1989 bis 1997 beteiligte sich Yamaha als Motorenlieferant an der Formel 1. Das Unternehmen rüstete in dieser Zeit jeweils ein Team exklusiv aus, das die Motoren kostenfrei erhielt. Anfänglich wurden die Motoren in Japan konstruiert, später erhielt Yamaha Unterstützung durch den britischen Motorenhersteller Engine Developments („Judd“). In acht Jahren fuhren Autos mit Yamaha-Motoren 36 Weltmeisterschaftspunkte ein. Das beste Einzelergebnis war der zweite Platz beim Großen Preis von Ungarn 1997 (Damon Hill auf Arrows), die beste Saison war 1994, als Tyrrell-Yamaha 13 Weltmeisterschaftspunkte einfuhr.


title: Yamaha Motor

text: Nachdem Yamaha bereits einige Jahre Motoren für die japanische Serie der Formel 2 hergestellt hatte, wandte sich das Unternehmen mit Beginn der sogenannten neuen Saugmotorära 1989 der Formel 1 zu. Erstes Kundenteam wurde der deutsche Rennstall Zakspeed, der von 1985 bis 1988 selbst konstruierte Turbomotoren an den Start gebracht hatte, im Bau von Saugmotoren aber keine eigene Expertise vorweisen konnte und daher nun einen Motorenpartner suchte. Yamaha konstruierte einen Achtzylindermotor mit 3,5 Litern Hubraum und einer Leistung von 580 PS. Damit war er das schwächste Triebwerk, das 1989 verwendet wurde. Das Triebwerk, das Yamaha im Nachhinein als „Hobby einiger Enthusiasten“ bezeichnete, erwies er sich als unausgereift und unzuverlässig, und die Yamaha-Techniker waren mit der vergleichsweise anspruchsvollen Technik überfordert. Der Zahnriemen und die dadurch bedingte Anfälligkeit auf Lastenwechsel waren ursächlich für zahlreiche Motorschäden, die häufig zu Ausfällen bereits im Training führten.


title: Yamaha Motor

text: Die Ergebnisse der Bemühungen waren ernüchternd. Zakspeeds Pilot Bernd Schneider konnte sich 1989 nur für zwei von 16 Rennen qualifizieren und schied dann jeweils mit technischem Defekt aus. Sein Teamkollege Aguri Suzuki verpasste bei jedem Versuch die Qualifikation. Zakspeed war damit nach EuroBrun Racing das schlechteste Team der Saison 1989. Yamaha war zwar bereit, das deutsche Team auch 1990 kostenlos mit Motoren zu beliefern. Zakspeed gelang es jedoch nicht, Sponsoren für ein weiteres Formel-1-Jahr zu verpflichten. Im Februar 1990 erklärte Teamchef Erich Zakowski daher nach fünf Jahren den Rückzug seines Rennstalls aus der Formel 1.


title: Yamaha Motor

text: 1990 fand Yamaha kein Partner-Team in der Formel 1. 1991 kam eine Allianz mit dem britischen Team Brabham zustande, das finanziell angeschlagen war. Brabham erhielt gänzlich neu konstruierte Zwölfzylindertriebwerke, die erneut kostenlos bereitgestellt wurden. Martin Brundle brachte den bei den ersten beiden Rennen des Jahres eingesetzten Brabham BT59Y sowie den neu konstruierten BT60Y neunmal ins Ziel; sein bestes Ergebnis war der fünfte Platz beim Heimrennen des Motorenherstellers, dem Großen Preis von Japan. Mark Blundell, sein Teamkollege, erreichte fünf Zielankünfte, darunter einen sechsten Platz in Ungarn. Zum Ende der Saison hin ließ die Leistung des Teams nach; beide Fahrer hatten gelegentlich Schwierigkeiten mit der Qualifikation bzw. Vorqualifikation. Brabham-Yamaha beendete die Saison mit drei Punkten als Zehnter der Konstrukteursmeisterschaft.


title: Yamaha Motor

text: 1992 vergab Yamaha den Motor an das im Jahr zuvor neu gestartete Team Jordan Grand Prix, das technisch besser aufgestellt zu sein schien und bessere Ergebnisse erwarten ließ als Brabham. Jordan hatte sich allerdings in seiner Debütsaison finanziell stark beansprucht und konnte sich 1992 nur wenig Entwicklungsarbeit leisten, weshalb das eingesetzte Fahrzeug, der Jordan 192, im Wesentlichen eine bloße Anpassung des Vorjahresfahrzeugs an den neuen Motor war. Das Auto litt an mangelnder Zuverlässigkeit; zudem war die Qualifikation nie sicher. Maurício Gugelmin kam nur fünfmal ins Ziel – jeweils außerhalb der Punkteränge –, und der als Spitzenfahrer verpflichtete Stefano Modena fiel in den ersten elf Rennen des Jahres regelmäßig mit technischen Defekten aus. Viermal scheiterte er in der Qualifikation. Mit seinem sechsten Platz beim Großen Preis von Australien sicherte er seinem Team den einzigen Meisterschaftspunkt des Jahres.


title: Yamaha Motor

text: Gary Anderson, der Chefkonstrukteur von Jordan, zeigte sich im Nachhinein kritisch gegenüber dem Yamaha-Zwölfzylinder. Nach seiner Ansicht hätten die Yamaha-Ingenieure die an einen Rennsport-Motor gestellten Anforderungen nie richtig erfasst. Der Yamaha OX99 hätte deshalb – neben den schon genannten Defiziten bei Gewicht und Leistung – ständig Probleme mit Überhitzung gehabt, was unverhältnismäßig große Kühler erforderlich gemacht hätte. Stefano Modena wurde zur Leistung des OX99 mit den Worten zitiert, man habe den Jordan 192 zu Stehen bringen können, indem man einen Finger vor die Fahrzeugnase gehalten hätte.


title: Yamaha Motor

text: 1993 nahm Yamaha eine Neuausrichtung des Formel-1-Engagements vor. Anstelle häufiger Wechsel der Partner-Teams verband sich Yamaha nunmehr langfristig – d. h. für zunächst vier Jahre – mit dem traditionsreichen britischen Rennstall Tyrrell. Dadurch sollte eine kontinuierliche Weiterentwicklung ermöglicht werden. Zudem kooperierte Yamaha nun mit Engine Developments, einem britischen Motorenhersteller, der bislang unter dem Namen „Judd“ (nach seinem Gründer John Judd) Triebwerke für die Formel 1 produziert hatte. Der Yamaha-Motor für die Saison 1993 war ein Zehnzylinderaggregat, das technisch auf dem Judd GV-Motor von 1991 basierte. Engine Developments war für den Aufbau und die Wartung der Motoren verantwortlich und betreute die Triebwerke an der Rennstrecke.


title: Yamaha Motor

text: Die Allianz mit Tyrrell war im ersten Jahr erfolglos: Mit problematischen, teilweise veralteten Autos fuhr das Team 1993 keinen einzigen Weltmeisterschaftspunkt ein. Im Folgejahr allerdings gab es bereits 13 Weltmeisterschaftspunkte und mit dem dritten Platz Mark Blundells beim Großen Preis von Spanien die erste Podiumspositionierung für einen Fahrer mit Yamaha-Motor. Für die Saison 1995 galt Tyrrell-Yamaha daraufhin als Geheimtipp, und erstmals seit langem hatte das Team mit Nokia, die ihren neu zum Team gekommenen Landsmann Mika Salo unterstützten, wieder einen großen, zahlungskräftigen Sponsor. Doch Tyrrell wurde den Erwartungen nicht gerecht. Das Unternehmen hatte es nicht geschafft, die technischen Herausforderungen zu meistern, die sich durch die Umstellung von 3,5 Litern auf 3,0 Liter Hubraum ergaben. Die modifizierten Yamaha-Motoren waren unzuverlässig und verursachten zahlreiche technische Ausfälle. Erst in den letzten sechs Rennen des Jahres gelang es Mika Salo, drei Rennen in den Punkterängen zu beenden. Mit fünf Weltmeisterschaftspunkten wurde Tyrrell-Yamaha Neunter der Konstrukteursmeisterschaft. In der Saison 1996 war die Lage ähnlich. Salo fuhr erneut nur fünf Weltmeisterschaftspunkte ein, die diesmal für den achten Rang der Konstrukteursmeisterschaft reichten.


title: Yamaha Motor

text: Am Ende der Saison 1996 entschloss sich Yamaha, die Allianz mit Tyrrell zu beenden. Das Unternehmen wandte sich dem Konkurrenzteam Arrows zu, das dank des neuen Teamchefs Tom Walkinshaw im Aufwind zu sein schien. Zudem fuhr 1997 der letztjährige Formel-1-Weltmeister Damon Hill für Arrows, so dass bessere Leistungen als im Vorjahr zu erwarten waren. Allerdings verlief auch diese Saison problematisch; regelmäßige Positionierungen auf dem Podium, die Hill erwartet hatte, blieben aus. Hill fuhr zumeist im Mittelfeld. Lediglich beim Großen Preis von Ungarn kam es zu dem in der Presse als „Wunder von Ungarn“ bezeichneten Rennen, bei dem Hill lange das Fahrerfeld anführte. Zu einem Sieg kam es gleichwohl nicht; nach einem Defekt der Hydraulikpumpe Hills gelang es seinem Verfolger Jacques Villeneuve, sich an die Spitze zu setzen und das Rennen zu gewinnen. Hill kam als Zweiter ins Ziel und erreichte das beste Ergebnis für ein Auto mit Yamaha-Motor. Ungeachtet dieses Erfolges beendete Yamaha mit Ablauf der Saison 1997 sein Formel-1-Engagement.


title: Sodawasser

text: Sodawasser (auch "Soda" genannt) ist ein mit Kohlenstoffdioxid angereichertes Wasser, das zur Gruppe der alkalischen Säuerlinge zählt. Durch das meist auch enthaltene Natriumhydrogencarbonat (Natron/NaHCO) schmeckt es leicht nach Lauge (seifig).


title: Sodawasser

text: Die Definitionen sind in den einzelnen Staaten verschieden. In Deutschland gilt: „Bei Tafelwasser, das mindestens 570 Milligramm Natriumhydrogencarbonat in einem Liter sowie "Kohlendioxid [d. h. Kohlensäure]" enthält, kann die Bezeichnung des Lebensmittels ‚Tafelwasser‘ durch ‚Sodawasser‘ ersetzt werden.“ Umgangssprachlich wird dort unter „Sodawasser“ auch ein nur mit Kohlendioxid versetztes Tafelwasser verstanden.


title: Sodawasser

text: In Österreich kann – gemäß Codex Alimentarius Austriacus – „[b]ei Tafelwasser mit einem Mindestgehalt von 4 g/l Kohlenstoffdioxid […] die Sachbezeichnung ‚Sodawasser‘ lauten.“


title: Sodawasser

text: Sodawasser, wie es seit 1826 in der vom ungarischen Benediktinerpater Ányos Jedlik erfundenen Siphonflasche abgefüllt wurde, wurde in vielen kleinen Getränkeerzeugungen, die man fast in jedem Ort vorfand, hergestellt. Diese existieren heute nur noch selten. So gab es im Burgenland im Jahr 2010 noch etwa 22 kleine Getränkehersteller. Im Handel sind heute Trinkwassersprudler erhältlich, mit denen in Gaststätten und im privaten Haushalt einfach und günstig aus Leitungswasser „Sodawasser“ hergestellt werden kann. Diese Angebote erfüllen aber meist nicht die deutsche Definition von Sodawasser, da zwar die nötige Menge Kohlensäure, aber nicht die nötige Konzentration von Natriumhydrogencarbonat gegeben ist.


title: Sodawasser

text: Joseph Priestley gelang 1772 die erste Herstellung von Sodawasser, indem er Schwefelsäure in eine kalkhaltige Lösung leitete und das entstandene Kohlenstoffdioxid (CO) in einem Becher mit Wasser löste.


title: Sodawasser

text: Grundwasser und Oberflächenwässer enthalten typisch Kohlenstoffdioxid (CO). Diese Wässer tauschen CO mit der Atmosphäre aus, bis sich ein Lösungsgleichgewicht gegenüber dem Partialdruck in der Gasphase einstellt. Tiefenwässer, die unter hohem Druck stehen, können CO in hoher Konzentration lösen. Bedingung ist, dass CO aus vulkanischen oder anderen, etwa fossilen Quellen hinzutritt. Wird solches Wasser unter Aufrechterhaltung eines gewissen Drucks gefördert, bleibt der CO-Gehalt erhalten, ohne vollständig auszugasen. Es kann als Mineral- oder Tafelwasser „mit natürlicher Kohlensäure“ abgefüllt werden.


title: Sodawasser

text: Der weltweit tiefste Sodasee ist der Vansee im Armenischen Hochland der Türkei. Dessen Wasser enthält beträchtliche gelöste Mineralanteile, so dass der Zusammensetzung gemäß Natriumchlorid und Natriumcarbonat bzw. Natriumhydrogencarbonat (Soda oder Trona) bei Verdunstung als kristalline Niederschläge gebildet werden und Evaporite entstehen können.


title: Vertrauen

text: Vertrauen bezeichnet eine bestimmte Art von subjektiver, auch emotional gefärbter, Überzeugung, nach der man sein Verhalten einrichtet; hierdurch ist das Vertrauen auch eine "Praxis" (ein System des Handelns). Das "Vertrauen auf eine andere Person" beinhaltet Überzeugungen über ihre Redlichkeit und ihre zukünftigen Handlungsweisen: Man erwartet, dass diese Person einem hilfreich sein oder jedenfalls nicht schaden werde. Vertrauen bringt daher Kooperation hervor. Hierbei macht der Vertrauende Aspekte seines eigenen Wohlergehens und seiner Sicherheit vom Verhalten des Kooperationspartners abhängig, geht mit seinem Vertrauen also auch ein Risiko ein.


title: Vertrauen

text: Das Gegenteil des Vertrauens ist das Misstrauen; es beinhaltet wesentlich, dass man gegenüber anderen Personen, weil man sie negativ bewertet, Vorsichtsmaßnahmen ergreift, um Schädigung durch sie auszuschließen. Mindestens trifft man eigene Vorkehrungen, um sich zu sichern, und lässt das eigene Wohlergehen nicht vom Verhalten des anderen abhängen. Misstrauen reduziert daher das Ausmaß von Kooperation. Vertrauen und Misstrauen haben gemeinsam, dass Erwartungen und Bewertungen in Bezug auf andere Menschen bestehen, nicht etwa Gleichgültigkeit.


title: Vertrauen

text: Entsprechend gibt es auch das "Vertrauen auf einen Inhalt," auf eine Aussage: Es beinhaltet die Überzeugung, dass darin keine Täuschung oder Unwahrheit liegt und dass man sein Handeln schadlos danach ausrichten kann. Im Zusammenhang des Begriffs Selbstvertrauen erstreckt sich Vertrauen auch auf Überzeugungen über eigene Fähigkeiten, wünschenswerte Ziele zu verwirklichen.


title: Vertrauen

text: Neben einem psychologisch-persönlichkeitstheoretischen Ansatz, der die Quelle des Vertrauens in sozialisationsbedingten oder kulturell vermittelten Persönlichkeitsstrukturen sucht, gibt es ökonomische, soziologische, politologische und sozialpsychologische Theorien (transaktionsanalytische Modelle), die versuchen, die Entstehung von Vertrauen in institutionellen Zusammenhängen (z. B. in Organisationen) bzw. in interpersonalen Beziehungen zu erklären.


title: Vertrauen

text: Vertrauen ist als Wort seit dem 16. Jahrhundert bekannt (althochdeutsch: „fertruen“, mittelhochdeutsch: „vertruwen“) und geht auf das gotische zurück. Das Wort „trauen“ gehört zu der Wortgruppe um „treu“ = „stark“, „fest“, „dick“. Im Griechischen steht dafür „πίστις“ (pistis) („Glaube“), im Lateinischen „fiducia“ (Selbstvertrauen) oder „fides“ (Treue). So steht im antiken und mittelalterlichen Gebrauch Vertrauen im Spannungsfeld von Treue und Glauben (z. B. bei Demokrit, der fordert, nicht allen, sondern nur den Bewährten zu vertrauen). Für Thomas von Aquin ist Vertrauen durch Erfahrung bekräftigte Hoffnung auf Erfüllung von erwarteten Zuständen unter der Prämisse des Vertrauens auf Gott. Seit Beginn der Neuzeit – etwa mit Thomas Hobbes einsetzend – ist Vertrauen immer stärker ein Zutrauen in die eigenen Fähigkeiten (Selbstvertrauen).


title: Vertrauen

text: Vertrauen ist ein Phänomen, das in unsicheren Situationen oder bei risikohaftem Ausgang einer Handlung auftritt: Wer sich einer Sache sicher sein kann, muss nicht vertrauen. Vertrauen ist aber auch mehr als nur Glaube oder Hoffnung, es benötigt immer eine Grundlage, die sog. „Vertrauensgrundlage“. Dies können gemachte Erfahrungen sein, aber auch das Vertrauen einer Person, der man selbst vertraut, oder institutionelle Mechanismen. Vertrauen ist teilweise übertragbar.


title: Vertrauen

text: Jemandem sein ganzes Vertrauen zu schenken, kann sehr aufregend sein, beispielsweise das Vertrauen, das ein Kind dem Vater schenkt, wenn es von oben herab in die ausgebreiteten Arme springt. Dies gilt sowohl für den Vater als auch für das Kind. Die Geschichte wird oft im übertragenen Sinn erzählt – als Gottvertrauen.


title: Vertrauen

text: 1. Vertrauen entsteht in Situationen, in denen der Vertrauende (der Vertrauensgeber) mehr verlieren als gewinnen kann – er riskiert einen Schaden bzw. eine Verletzung.


title: Vertrauen

text: 2. Vertrauen manifestiert sich in Handlungen, die die eigene Verletzlichkeit erhöhen. Man liefert sich dem Vertrauensnehmer aus und setzt zum Vertrauenssprung an.


title: Vertrauen

text: 3. Der Grund, warum man sich ausliefert, ist die positive Erwartung, dass der Vertrauensnehmer die Situation nicht zum Schaden des Vertrauensgebers verwendet.


title: Vertrauen

text: Aus psychologischer Sicht bezeichnet der Begriff Vertrauen eine wichtige Dimension der Identitätsbildung. Vertrauen als Konglomerat von Gefühl und den assoziativ zugrundeliegenden Erfahrungen, kann sich in frühen Kindheitserfahrungen im Kontakt mit wichtigen Bezugspersonen (das Grundvertrauen/Urvertrauen) bilden.


title: Vertrauen

text: Je nach Dauer und Intensität einer Beziehung und je nach Informationsgrundlage bezieht sich das Vertrauen:


title: Vertrauen

text: Vertrauensbeziehungen basieren oft auf Gegenseitigkeit. Identifikationsbasiertes Vertrauen basiert auf gemeinsamen Erfahrungen und früheren Handlungen sowie auf gegenseitigem Verstehen. In Partnerschaften gedeiht gegenseitiges Vertrauen umso stärker, je feinfühliger die Partner wechselseitig auf die Gefühle und Bedürfnisse des jeweils anderen eingehen.


title: Vertrauen

text: In rationalistisch-entscheidungsorientierter Betrachtungsweise bestehen folgende Voraussetzungen dafür, dass ein situationsbasiertes Vertrauen entstehen kann:


title: Vertrauen

text: Vertrauen kann man vergrößern, indem man Informationen gibt oder gewinnt (vertrauensbildende Maßnahmen). Auf längere Sicht gewinnen Strategien, die auf Vertrauen basieren und zu Kooperation führen, oft mehr als Strategien, die auf Misstrauen beruhen. Situationsbasiertes Vertrauen ist oft kein „echtes Vertrauen“, und zwar, wenn Verletzlichkeit nicht gegeben ist. Aber es ist eine Grundlage für die folgenden „echten Formen“ von Vertrauen.


title: Vertrauen

text: Drei Erwartungen gegenüber den persönlichen Eigenschaften, die der Kooperationspartner aufweisen soll, sind Grundlage eines Vertrauensvorschusses, den man ihm gibt:


title: Vertrauen

text: Georg Simmel unterscheidet den „mystischen“ Glauben des Menschen an den Menschen von der sozialen Form des Vertrauens. Bei dieser handelt es sich um einen mittleren Zustand zwischen Wissen und Nichtwissen, also um eine „Hypothese künftigen Verhaltens“. Diese muss sicher genug sein, um „praktisches Handeln darauf zu gründen.“ Allerdings gibt es keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Grade des Wissens bzw. Nichtwissens und der damit verbundenen Form oder Intensität des Vertrauens; denn sowohl bei sehr geringem Wissen als auch bei genauem Wissen kann sich sowohl großes Vertrauen als auch Misstrauen in eine andere Person oder eine Gruppe herausbilden. In der rationalisierten „Zweckvereinigung“, etwa im Rahmen geldwirtschaftlicher Beziehungen oder – modern gesprochen – ganz allgemein im Kontext klar definierter Rollensysteme, wissen die Akteure über ihre Partner meist nur „das, was zu wissen über die zu knüpfende Beziehung erforderlich ist“. Damit entdeckt Simmel die sozialkonstitutive Funktion des Nichtwissens für moderne Gesellschaften: Je differenzierter eine Gesellschaft, desto geringer die Chance auf identifikationsbasiertes Vertrauen und desto größer das Nichtwissen über die andere Akteure, ohne welches aber situationsbasiertes Vertrauen gar nicht möglich wäre, ohne das wiederum objektivierte Sozialbeziehungen kaum funktionieren würden.


title: Vertrauen

text: Für Niklas Luhmann ist Grundlage des Vertrauens (d. h. letztlich des Zutrauens zu den eigenen Erwartungen) die „Gegenwart als dauerndes Kontinuum ..., als Gesamtheit der Bestände, an denen Ereignisse sich ereignen können“. Dieses Vertrauen hat im Zusammenhang der sozialen Interaktionen die Funktion, die Komplexität der Möglichkeiten auf ein Maß zu reduzieren, das den einzelnen in seiner Umwelt handlungsfähig bleiben lässt.


title: Vertrauen

text: Eine besondere Form situationsbasierten Vertrauens ist sowohl in soziologisch-institutioneller als auch in sozialpsychologisch-beziehungsorientierter Perspektive interessant: das sog. "Swift Trust" (rasches, flüchtiges Vertrauen), das sich einstellt bzw. einstellen muss, wenn eine heterogen zusammengesetzte temporäre Arbeitsgruppe sofort mit der Arbeit beginnen soll, ohne dass Zeit für vorherige Vertrauensbildung besteht. Ein Beispiel ist das Filmproduktionsteam, in denen sich die Akteure vorher kaum kennen und selbst ihre eigenen Aufgaben noch nicht vollständig überschauen können. Sie müssen sich vom ersten Tag an fast blind vertrauen. Ähnliche Prozesse sind für viele ad hoc gebildete virtuelle Teams kennzeichnend.


title: Vertrauen

text: Aus diesen Erkenntnissen können wiederum Schlussfolgerungen für eine effektive (Re-)Organisation der im Allgemeinen zeitraubenden und teuren Vertrauensbildungsprozesse im Arbeitsalltag gezogen werden.


title: Vertrauen

text: Vertrauen und Kontrolle sind zwei gleichberechtigte Komponenten der Zusammenarbeit. Vertrauen ist für die Verhaltensweisen vorteilhaft, die nicht beobachtbar sind (z. B. Einhaltung von Pausen). Je nach Aufgabenkomplexität und je nach Organisationsstruktur sind Vertrauens- und Kontrollspanne unterschiedlich. Ist Vertrauen vorhanden, besteht eine geringe Notwendigkeit für Kontrolle, Vertrauensverluste dagegen verstärken die Notwendigkeit von Kontrolle. Für die Entfaltung von Kreativität, Innovation und Flexibilität sind eher größere Handlungsspielräume und dadurch Vertrauen erforderlich.


title: Vertrauen

text: In den Wirtschaftswissenschaften wird Vertrauen im Kontext der Entscheidungstheorie, der Spieltheorie sowie durch die Organisationspsychologie untersucht, wobei hierfür häufig das sogenannte Vertrauensspiel (samt verschiedener Modifikationen und Erweiterungen dieses Spiels) herangezogen wird. Das Spiel verdeutlicht paradigmatisch das Verhaltensrisiko, dem sich die vertrauende Person (man spricht hier vom Vertrauensgeber) gegenübersieht, wenn sie sich vom zukünftigen Verhalten einer anderen Person (Vertrauensnehmer) abhängig macht.


title: Vertrauen

text: (1) niedriger der Interessenkonflikt zwischen Vertrauensgeber (VG) und Vertrauensnehmer (VN) ausgeprägt ist;


title: Vertrauen

text: (5) stärker das moralische Commitment (z. B. Orientierung an sozialen Normen) bei beiden ausgeprägt ist.


title: Vertrauen

text: In vielen Religionen existiert das Konzept des Vertrauens in einen Gott, in die Vorsehung (z. B. im Islam), in personifizierte ("Fortuna", "gute Fee" – vgl. lat.: "fatua") oder unpersönliche höhere Mächte ("Schicksal").


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren (, kurz oder ), auch Ultrakondensatoren genannt, sind elektrochemische Kondensatoren () und als solche eine Weiterentwicklung der Doppelschichtkondensatoren (, EDLC).


title: Superkondensator

text: Im Vergleich zu Akkumulatoren gleichen Gewichts weisen Superkondensatoren nur etwa 10 % von deren Energiedichte auf, allerdings ist ihre Leistungsdichte etwa zehn- bis hundertmal so groß. Superkondensatoren können deshalb sehr viel schneller ge- und entladen werden. Sie überstehen außerdem sehr viel mehr Schaltzyklen als Akkumulatoren und eignen sich deshalb als deren Ersatz oder Ergänzung, wenn eine große Schaltbeanspruchung gefordert wird.


title: Superkondensator

text: Das Einsatzgebiet von Superkondensatoren reicht von der Bereitstellung kleinster Ströme zum Datenerhalt von statischen Speichern (SRAM) in elektronischen Geräten bis in den Bereich der Leistungselektronik, so zum Beispiel als Speicher elektrischer Energie im KERS-System von Formel-1-Rennwagen oder bei der Nutzbremsung in Fahrzeugen wie Bussen und Bahnen.


title: Superkondensator

text: Supercaps besitzen im Unterschied zu Keramik-, Folien- und Elektrolytkondensatoren kein Dielektrikum im herkömmlichen Sinne. Die Kapazitätswerte dieser Kondensatoren ergeben sich aus der Summe zweier Speicherprinzipien:


title: Superkondensator

text: Doppelschicht- und Pseudokapazität summieren sich in allen elektrochemischen Kondensatoren zu einer Gesamtkapazität. Sie haben jedoch, je nach Ausführung der Elektroden, einen stark unterschiedlichen Anteil an der Gesamtkapazität. Die Pseudokapazität einer dafür geeigneten Elektrode kann beispielsweise bei gleicher Oberfläche hundertmal so groß sein wie die Doppelschichtkapazität.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren gliedern sich, bedingt durch die Ausführung ihrer Elektroden, in drei unterschiedliche Kondensatorfamilien:


title: Superkondensator

text: In Superkondensatoren ist der Elektrolyt die leitfähige Verbindung zwischen zwei Elektroden. Das unterscheidet sie von Elektrolytkondensatoren, bei denen der Elektrolyt die Kathode ist und somit die zweite Elektrode bildet.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren gehören als Industrieprodukte zu den passiven elektronischen Bauelementen und überbrücken die Lücke zwischen Kondensatoren und Akkumulatoren. Sie haben unter den Kondensatoren die höchsten Kapazitätswerte pro Bauelement, die mit bis zu 10 000 F/1,2 V etwa 10 000-fach größer sind als die von Elektrolytkondensatoren.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren sind gepolte Bauelemente, die nur mit korrekter Polarität betrieben werden dürfen. Die Polarität ist bei asymmetrischen Elektroden konstruktiv bedingt, bei symmetrischen Elektroden entsteht sie durch eine Spannungsbeaufschlagung während der Fertigung.


title: Superkondensator

text: In den frühen 1950er Jahren experimentierten Ingenieure bei General Electric (GE) mit Geräten für Brennstoffzellen und neuartigen Akkumulatoren, die mit hochporösen Kohlenstoffelektroden versehen waren. Aktivkohle ist einerseits ein elektrischer Leiter, besitzt andererseits aber auch mit seiner schwammartigen Struktur eine äußerst große Oberfläche und ist deswegen ideal für Elektroden aller Art verwendbar. Mit solchen Elektroden entwickelte H. I. Becker bei GE in Unkenntnis des wirklichen kapazitiven Prinzips einen „Niederspannungs-Elektrolytkondensator mit porösen Kohlenstoffelektroden“, der 1957 patentiert wurde. Becker glaubte, dass die elektrische Ladung seines neuen hochkapazitiven Kondensators in den Poren des Kohlenstoffs gespeichert wird, ähnlich wie in den Poren aufgerauter Aluminium-Anodenfolien von Elektrolytkondensatoren. In dem Patent wurde daher sinngemäß zum Speicherprinzip geschrieben: „Es ist nicht genau bekannt, was im Bauelement stattfindet, wenn es als Energiespeicher benutzt wird, aber es führt zu einer außerordentlich hohen Kapazität.“


title: Superkondensator

text: Auch in dem neun Jahre später eingereichten Patent von 1966, eines „Energiespeicher-Apparates“ von R. A. Rightmire angemeldet für Standard Oil of Ohio (SOHIO), wo an experimentellen Brennstoffzellen geforscht wurde, wurde die wahre Natur der elektrochemischen Energiespeicherung nicht benannt. Noch 1970 wurde im Patent von Donald L. Boos ein elektrochemischer Kondensator als Elektrolytkondensator mit Aktivkohle-Elektroden angemeldet.


title: Superkondensator

text: Aufgrund geringer Verkaufszahlen gab SOHIO 1971 das Produkt auf und lizenzierte die Technik an NEC. Inzwischen hatte sich in der Literatur für diese Kondensatoren der Begriff „Doppelschichtkondensator“ etabliert. NEC erkannte die großen kommerziellen Möglichkeiten, die sich durch hohe spezifische Kapazität dieser Kondensatoren ergaben, und vermarktete sie unter dem Begriff „Supercapacitor“. Weitere Hersteller folgten ab dem Ende der 1970er Jahre; aus Gründen des Marketings jeweils mit ihren eigenen Handelsnamen. 1978 brachte Panasonic seine "„Goldcaps“"


title: Superkondensator

text: und 1987 ELNA seine "„DynaCap“" genannten EDLCs auf den Markt. Diesen Produkten gemeinsam war ein relativ hoher Innenwiderstand, der zwar den Entladestrom begrenzte, der jedoch für den Strombedarf in Pufferbatterien für SRAM zum Datenerhalt o. ä. hinreichend klein genug war. Damit erzielten diese Doppelschichtkondensatoren ihre ersten größeren Erfolge. In den 1980er Jahren wurden an den Materialien der Kondensatoren deutliche Verbesserungen durchgeführt. Mit neuen Elektrodenmaterialien konnten höhere Kapazitätswerte pro Bauvolumen erreicht werden, durch leitfähigere Elektrolyte wurde der interne Widerstand verringert, so dass die Lade-Entlade-Ströme erhöht werden konnten. Zusammen mit einer Reduzierung der Kosten entwickelten sich daraus die Superkondensatoren für Leistungsanwendungen.


title: Superkondensator

text: Der erste Superkondensator mit niedrigem Innenwiderstand für Leistungsanwendungen wurde 1982 für militärische Anwendungen durch das Pinnacle Research Institute (PRI) entwickelt und unter dem Namen „PRI Ultracapacitor“ am Markt etabliert. Im Jahre 1992 übernahmen die Maxwell Laboratories diese Entwicklung, ein 1965 als Auftragnehmer der US-Regierung gegründetes Unternehmen, das heute (2018) unter dem Namen Maxwell Technologies bekannt ist. Die aus der Entwicklung von PRI hervorgegangenen „BoostCaps“ wurden als „Ultrakondensatoren“ vermarktet und waren die ersten elektrochemischen Kondensatoren für Leistungsanwendungen.


title: Superkondensator

text: Zwischen 1975 und 1980 betrieb Brian Evans Conway Grundlagenforschung über Redox-Prozesse mit pseudokapazitivem Verhalten an dotierten Ruthenium(IV)-oxid-Elektroden. Er beschrieb 1991 den elektrochemischen Unterschied zwischen Kondensatoren und Akkumulatoren (From Supercapacitor to „Battery“) und prägte 1999 den Begriff „Superkondensator“ (). Conway war damit maßgeblich an der Entwicklung von Pseudokondensatoren beteiligt.


title: Superkondensator

text: Da der Energieinhalt eines Kondensators mit dem Quadrat der Spannung ansteigt, wurde nach einer Möglichkeit gesucht, die Spannungsfestigkeit elektrochemischer Kondensatoren zu erhöhen. Das gelang 1994 David A. Evans mit seinen „Elektrolytischen-Elektrochemischen Hybrid-Kondensatoren“. In diesen für 200 V ausgelegten Kondensatoren wurde eine Anode aus einem Tantal-Elektrolytkondensator verwendet. Die Oxidschicht auf der Tantal-Anode ergab die hohe Spannungsfestigkeit, mit der der Energieinhalt dieses Superkondensators bei gleicher Baugröße etwa fünfmal so hoch wie ein vergleichbarer Tantal-Elektrolytkondensator wurde. Diese Hybridkondensatoren von Evans, die später auch unter dem Begriff „“ bekannt wurden, zeichnen sich aus durch eine Kombination einer pseudokapazitiven Metalloxidelektrode (Ruthenium(IV)-oxid) mit einer formierten Anode eines herkömmlichen Elektrolytkondensators, deren jeweilige Oxidschicht (Tantalpentoxid, Aluminiumoxid) die hohe Spannungsfestigkeit ergibt. Diese Kondensatoren sind allerdings recht teuer, so dass sie bislang nur in sehr speziellen militärischen Anwendungen eingesetzt werden.


title: Superkondensator

text: Die Kopplung einer Elektrode mit hoher Pseudokapazität mit einer weiteren Elektrode mit hoher Doppelschichtkapazität, die „Hybridkondensatoren“ genannt werden, brachte Mitte der 2000er Jahre eine weitere Verbesserung bei den Superkondensatoren, sowohl bei der spezifischen Kapazität und Energiedichte als auch bei der Strombelastbarkeit und Leistungsdichte. Das sind die Lithium-Ionen-Kondensatoren, die ihre höhere Energiedichte durch eine höhere mögliche Spannung erreichen. Sie wurden 2007 durch FDK auf den Markt gebracht.


title: Superkondensator

text: Elektrochemische Kondensatoren (Superkondensatoren) bestehen im Prinzip aus zwei Elektroden, die durch einen elektrisch durchlässigen Separator mechanisch voneinander getrennt, aber durch einen Elektrolyten elektrisch miteinander verbunden sind. Durch Anlegen einer Spannung an den Kondensator bildet sich an beiden Elektroden je eine Helmholtz-Doppelschicht aus, in denen sich je eine Lage positiver und negativer Ionen in spiegelbildlicher Anordnung bildet.


title: Superkondensator

text: Die beiden Elektroden eines Superkondensators bilden eine Serienschaltung zweier Einzelkondensatoren formula_1 und formula_2. Die Gesamtkapazität formula_3 ergibt sich dann aus


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren können mit symmetrischen oder mit asymmetrischen Elektroden aufgebaut sein. Bei symmetrischen Elektroden haben beide Elektroden den gleichen Kapazitätswert: Wenn formula_5, ist formula_6. Die Kapazität des Kondensators entspricht dem halben Wert jeder Elektrode.


title: Superkondensator

text: Bei asymmetrischen Elektroden hat eine Elektrode einen deutlich höheren Kapazitätswert als die andere: Wenn formula_7, ist formula_8. Die Kapazität eines solchen Superkondensators entspricht also dem Wert der Elektrode mit der niedrigeren Kapazität.


title: Superkondensator

text: Elektrochemische Kondensatoren besitzen im Gegensatz zu den o. g. konventionellen statischen Kondensatoren kein Dielektrikum im herkömmlichen Sinne. Die elektrische Energie wird auf zwei Elektroden in den jeweiligen Doppelschichten gespeichert. Die Kapazitätswerte dieser Kondensatoren ergeben sich aus der Summe zweier neuer hochkapazitiver Speicherprinzipien, die sich aus dem chemisch-physikalischen Verhalten der Doppelschichten ergeben. Das sind die Speicherprinzipien der


title: Superkondensator

text: Doppelschicht- und Pseudokapazität summieren sich in allen elektrochemischen Kondensatoren untrennbar zu einer Gesamtkapazität. Beide Speicherarten sind nur messtechnisch voneinander zu unterscheiden. Sie haben jedoch, je nach Ausführung der Elektroden, einen stark unterschiedlichen Anteil an der Gesamtkapazität.


title: Superkondensator

text: Jeder elektrochemische Kondensator hat zwei Elektroden, mechanisch getrennt durch einen Separator, die elektrisch über den Elektrolyten miteinander verbunden sind. Der Elektrolyt ist eine Mischung aus positiven und negativen Ionen in einem Lösungsmittel, zum Beispiel Wasser. An jeder der beiden Elektroden gibt es einen Bereich, in dem die Flüssigkeit (Elektrolyt) die metallisch leitende Oberfläche der Elektrode berührt. In dieser Grenzschicht (Phasengrenze) tritt ein ganz besonderes Phänomen auf, der Doppelschichteffekt.


title: Superkondensator

text: An dieser Phasengrenze entstehen nach dem Anlegen einer Spannung, zwei ionisierte Schichten. Eine Schicht Ionen befindet sich im atomaren Oberflächenbereich der metallisch leitenden Elektrode. Die zweite Schicht aus dissoziierten und solvatisierten Ionen entgegengesetzter Polarität befindet sich im anliegenden Bereich des flüssigen Elektrolyten. Diese beiden Schichten, die „Doppelschicht“, ionisierter elektrischer Ladungen werden getrennt durch eine molekulare Lage aus polaren Molekülen des Elektrolyt-Lösungsmittels, d. h. bei wässrigen Elektrolyten aus Wassermolekülen. Sie haften durch Adsorption fest an der Oberfläche der Elektrode und wirken elektrisch trennend, ähnlich wie das Dielektrikum in einem konventionellen Kondensator. Diese Ladungstrennung in der Doppelschicht durch die molekulare Lage der Lösungsmittelmoleküle bewirkt eine statische Speicherung elektrischer Energie in einem elektrischen Feld.


title: Superkondensator

text: Die Ladungsverteilung an der einen Elektrode findet sich spiegelbildlich an der zweiten Elektrode des Kondensators wieder.


title: Superkondensator

text: Die Anzahl der Ionen, die aus dem Elektrolyten kommend sich durch Anreicherung in einer Doppelschicht ansammeln kann, ist abhängig von der Konzentration der Ionen im Elektrolyten und der Oberfläche der Elektrode. Sie ist bis zu einem Grenzwert, der sog. Zersetzungsspannung des Elektrolyten, linear abhängig von der angelegten Spannung. Steigt die Spannung über die Zersetzungsspannung des Elektrolyten hinaus (siehe auch Elektrolyse), dann bricht die trennende Wirkung der Helmholtz-Doppelschicht zusammen und es entsteht ein Kurzschluss.


title: Superkondensator

text: Die Helmholtz-Doppelschicht wirkt wie ein Plattenkondensator mit dem Abstand der Dicke eines Lösungsmittelmoleküls. Die Kapazität berechnet sich nach der Formel des Plattenkondensators.


title: Superkondensator

text: Das bedeutet, die Kapazität formula_10 eines Kondensators ist umso größer, je größer die Elektrodenfläche formula_11 und die Permittivität formula_12 ist und je dünner das Dielektrikum formula_13 ist. Die hoch-aufgeraute sehr große Oberfläche der Elektroden dieser Kondensatoren und die äußerst dünne innere Helmholtz-Schicht in der Größenordnung von einigen Nanometern bewirken zusammen die sehr große Doppelschichtkapazität.


title: Superkondensator

text: In einer Helmholtz-Doppelschicht können bei bestimmten Strukturen oder Materialien einige Ionen aus dem Elektrolyten die trennende Schicht aus Lösungsmittelmolekülen überwinden und direkt mit der Oberfläche der Elektrode in Kontakt kommen. Bei der damit verbundenen chemischen Reaktion geben sie ein Elektron an die Elektrode ab, es entsteht eine Pseudokapazität, ohne dass dabei eine chemische Verbindung entsteht.


title: Superkondensator

text: Eine Pseudokapazität speichert elektrische Energie mit Hilfe von reversiblen Redoxreaktionen an dafür geeigneten Elektroden einem elektrochemischen Kondensator mit einer Helmholtz-Doppelschicht. 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.


title: Superkondensator

text: Eine Pseudokapazität tritt immer nur zusammen mit einer Doppelschichtkapazität auf. Sie summieren sich in allen elektrochemischen Kondensatoren untrennbar zu einer Gesamtkapazität.


title: Superkondensator

text: Die Fähigkeit von Kondensatorelektroden, Redoxreaktionen für eine Pseudokapazität zu bewerkstelligen, hängt sehr stark von der Beschaffenheit und der Struktur des Elektrodenmaterials ab. Elektrodenmaterialien, die pseudokapazitive Eigenschaften aufweisen, sind z. B. Metalloxide von Übergangsmetallen, die die zum Teil durch Dotierung in das Elektrodenmaterial eingebracht oder mit Hilfe einer Interkalation eingefügt werden. Auch leitfähige Polymere wie Polyanilin oder Derivate von Polythiophen, die auf die Strukturen von Kohlenstoffelektroden aufgebracht sind, eignen sich für Pseudokondensatoren. Aber auch Kohlenstoffelektroden können eine Pseudokapazität aufweisen. Der Anteil an pseudokapazitiven Reaktionen an Kohlenstoffelektroden kann auch durch maßgeschneiderte Porengrößen deutlich gesteigert werden.


title: Superkondensator

text: Wie bei Doppelschichtelektroden ergibt sich das Speichervermögen von Pseudokondensatorelektroden aus dem potentialabhängigen Bedeckungsgrad der Elektrodenoberfläche mit adsorbierten Ionen. Da bei allen pseudokapazitiv wirksamen Reaktionen die Ionen desolvatisiert sind, d. h. keine die Lösungsmittelmoleküle kugelförmig umhüllende Schicht aufweisen, sind sie deutlich kleiner als die solvatisierten Ionen, die zur Doppelschichtkapazität beitragen. Deshalb benötigen sie entsprechend weniger Elektrodenoberfläche. Die Pseudokapazität einer dafür geeigneten Elektrode kann beispielsweise bei gleicher Oberfläche der Elektrode um den Faktor 100 größer sein als die Doppelschichtkapazität.


title: Superkondensator

text: Die Ladungsmenge der in einer Pseudokapazität gespeicherten Energie verhält sich linear zur anliegenden Spannung. Die Einheit der Pseudokapazität ist Farad.


title: Superkondensator

text: In Keramikkondensatoren und Kunststoff-Folienkondensatoren wird die elektrische Energie in einem Dielektrikum zwischen den Elektroden statisch im elektrischen Feld gespeichert. Das Potential eines aufgeladenen Kondensators fällt intern über das Dielektrikum linear zwischen den Elektroden ab. Das gilt auch für Elektrolytkondensatoren mit der dünnen Anoden-Oxidschicht als Dielektrikum. Da jedoch der Elektrolyt als Kathode des Kondensators mit einem Widerstand behaftet sein kann, wird sich bei Elkos mit flüssigem Elektrolyten noch ein kleiner Spannungsabfall über diesen internen Widerstand (ESR) bis zur Kathodenfolie ergeben. Bei „Elkos“ mit Polymer-Elektrolyten ist dieser Spannungsabfall jedoch vernachlässigbar.


title: Superkondensator

text: Das Potential am Superkondensator verteilt sich auf beide Elektroden, der interne Spannungsabfall verläuft symmetrisch über die beiden Doppelschichten, sofern die Elektroden symmetrisch sind. Der Widerstand des Elektrolyten, der leitfähigen Verbindung zwischen den Elektroden, bewirkt im internen Potentialverlauf jedoch noch einen kleinen Spannungsabfall zwischen den Elektroden.


title: Superkondensator

text: Der Spannungsverlauf an den Anschlüssen beim Laden und Entladen von konventionellen Kondensatoren mit herkömmlichen Dielektrika und auch von Superkondensatoren, verhält sich linear proportional zur gespeicherten elektrischen Ladung. Dieser lineare Spannungsverlauf unterscheidet Kondensatoren grundsätzlich von Akkumulatoren, deren Spannung an den Anschlüssen, unabhängig vom Ladezustand, weitgehend konstant bleibt.


title: Superkondensator

text: Die Kapazität von Superkondensatoren ergibt sich aus der Summe ihrer Doppelschicht- und Pseudokapazität. Der jeweilige Anteil der jeweiligen Speicherart an der Gesamtkapazität der Kondensatoren ist unterschiedlich und ergibt sich aus dem Material und der Struktur der Elektroden. Daraus ergeben sich drei unterschiedliche Kondensatorfamilien:


title: Superkondensator

text: In einem herkömmlichen Doppelschichtkondensator wird angenommen, dass der Anteil an Pseudokapazität nur etwa 1 bis 5 % beträgt. Bei einem Pseudokondensator und einem Hybridkondensator ist der Anteil an elektrochemischer Pseudokapazität deutlich größer als 5 %.


title: Superkondensator

text: In den Datenblättern der Hersteller von Superkondensatoren werden Konstruktionsmerkmale von Elektroden oder die Zuordnung des jeweiligen Produktes zu einer dieser genannten Familien nur selten erwähnt.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren besitzen zunächst zwei Metallfolien, die Kollektoren, die die Verbindungen für den elektrischen Strom von den Anschlüssen des Kondensators zu den Elektroden schaffen. Die Kollektoren sind jeweils mit der Elektrode beschichtet. Bei Doppelschichtkondensatoren ist das eine etwa 100 bis 500 µm dicke Schicht aus Aktivkohle, die elektrochemisch zu einer schwammartigen Struktur geätzt wird, so dass sich die Oberfläche gegenüber einer glatten Oberfläche etwa um den Faktor 100 000 vergrößert. Die beiden jetzt großflächigen Elektroden werden durch einen porösen, elektrisch durchlässigen Separator mechanisch voneinander getrennt, um sie gegen eine direkte Berührung, die einen Kurzschluss verursachen könnte, zu schützen. Dieser Aufbau, gewickelt oder in mehreren Lagen geschichtet, wird in ein Gehäuse eingebaut und mit einem flüssigen Elektrolyten imprägniert. Der Elektrolyt, ein Ionenleiter, dringt in die Poren der Elektroden ein und bildet über den Separator hinweg eine leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden. Das Gehäuse wird anschließend mehr oder weniger hermetisch verschlossen und mit den äußeren Anschlüssen versehen. Es entsteht ein Kondensator mit einer Kapazität im Farad-Bereich.


title: Superkondensator

text: Die Eigenschaften von Superkondensatoren werden durch das Zusammenspiel der verwendeten Materialien bestimmt. Die Kombination von Elektrodenmaterial und der Art des Elektrolyten bestimmt die Funktionalität sowie die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Kondensatoren. Darüber hinaus wird die Unterscheidung der drei Familien der Superkondensatoren durch die Art der verwendeten Elektroden bestimmt.


title: Superkondensator

text: Elektroden für Superkondensatoren müssen elektrisch leitfähig sein und sich sowohl elektrisch als auch mechanisch gut mit dem Kollektor kontaktieren lassen. Generell sollten sie zur Erzielung einer möglichst großen Kapazität eine möglichst große Oberfläche bei kleinstem Volumen oder Gewicht haben, denn Elektrodenoberfläche bestimmt in erster Line die Größe des Kapazitätswertes. Außerdem sollten die Elektroden gegenüber dem Elektrolyten chemisch inert und korrosionsbeständig sein sowie eine hohe Temperaturstabilität besitzen. Weitere geforderte Eigenschaften für Elektroden sind Umweltverträglichkeit und geringer Preis.


title: Superkondensator

text: Elektroden dieser Art werden typischerweise aus speziell behandelten Kohlenstoffen in seinen unterschiedlichen Erscheinungsformen wie z. B. Aktivkohle hergestellt. Dieses poröse Material hat eine schwammartige Struktur, deren innere Oberfläche sich zu einer großen Gesamtoberfläche summiert. Elektroden für eine hohe Pseudokapazität bestehen aus speziell dafür geeigneten Materialien wie Übergangsmetalloxiden oder leitfähigen Polymeren. Auch „maßgeschneiderte“ Porengrößen im Elektrodenmaterial führen zu pseudokapazitiven Reaktionen.


title: Superkondensator

text: Die Porengröße von Elektroden bestimmt außerdem die Strombelastbarkeit der Superkondensatoren. Sehr kleine Poren haben einen höheren Innenwiderstand mit geringerer Strombelastbarkeit zur Folge, führen aber zu einem höheren Kapazitätswert. Größere Poren gewährleisten einen kleineren Innenwiderstand und somit eine höhere Strombelastbarkeit, haben jedoch einen kleineren Kapazitätswert zur Folge.


title: Superkondensator

text: Elektroden aus Kohlenstoff weisen eine sehr hohe statische Doppelschichtkapazität auf. Der Anteil an Pseudokapazität an solchen Elektroden ist meist recht gering. Der faradaysche Ladungstausch findet nur an den kantigen Strukturbereichen oder in zufällig vorhandenen Nanoporen mit entsprechender Größe statt. Allerdings kann bei neuen Kohlenstoffmaterialien mit maßgeschneiderten Porengrößen der Anteil an Pseudokapazität stark ansteigen, so dass dann eine eindeutige Zuordnung zu einer Doppelschicht- oder Pseudokapazität nicht mehr gegeben werden kann.


title: Superkondensator

text: Das am häufigsten verwendete Elektrodenmaterial für Superkondensatoren ist Kohlenstoff in seinen verschiedenen Erscheinungsformen, wie Aktivkohle (AC), Aktivkohlefaser (AFC), Carbid-abgeleiteter Kohlenstoff (CDC), Kohlenstoff-Aerogel, Graphit (Graphen) und Kohlenstoffnanoröhren (CNTs).


title: Superkondensator

text: Das Elektrodenmaterial in den ersten Doppelschichtkondensatoren bestand aus industriell hergestellter Aktivkohle (). Aktivkohle hat entlang der Kristallebenen des Kohlenstoffs eine elektrische Leitfähigkeit von 1250 bis 3000 S/m, das ist nur etwa 0,003 % einer metallischen Leitfähigkeit, aber das ist gut genug für die Verwendung als Elektrodenmaterial von Superkondensatoren.


title: Superkondensator

text: Aktivkohle bildet eine extrem poröse, offenporige Elektrode mit schwammartiger Struktur, die, bezogen auf das Volumen eine extrem große spezifische Oberfläche von etwa 1000 bis 3000 m² pro Gramm hat. Das ist in etwa die Fläche von 4 bis 12 Tennisplätzen oder mit einem anderen Vergleich, 2,5 g Aktivkohle hat eine Oberfläche von ungefähr der Fläche eines Fußballfeldes. Die Dicke der Elektrode beträgt oft nur wenige 100 µm. Eine Elektrode aus Aktivkohle mit einer Oberfläche von etwa 1000 m²/g ergibt eine typische Doppelschichtkapazität von etwa 10 μF/cm² beziehungsweise eine spezifische Kapazität von 100 F/g.


title: Superkondensator

text: Aktivkohle ist sehr preiswert herzustellen, ungiftig, chemisch inert und korrosionsbeständig. Sie enthält keine die Umwelt schädigenden Stoffe und kann außerdem aus preisgünstigen natürlichen Ausgangsstoffen hergestellt werden. Ab 2010 verwenden praktisch alle kommerziellen Superkondensatoren Aktivkohle in Pulverform, die umweltfreundlich aus Kokosnussschalen hergestellt wird.


title: Superkondensator

text: Nachteil von Elektroden aus Aktivkohle ist, dass im Gegensatz zu Elektroden aus Nanoröhren nur weniger als ein Drittel der Fläche für die Bildung einer Doppelschichtkapazität zur Verfügung steht. Höhere Oberflächenausnutzung mit anderen Kohlenstoffmaterialien sind möglich, allerdings sind diese mit höheren Kosten verbunden.


title: Superkondensator

text: Elektroden aus Aktivkohle weisen überwiegend eine statische Doppelschichtkapazität auf. Allerdings sind spezielle Kohlen mit Porendurchmessern im Bereich von < 2 nm nur zugänglich für de-solvatisierte Ionen und sind deshalb auch pseudokapazitiv wirksam.


title: Superkondensator

text: Aktivkohle kann zu Kohlenstofffasern () verarbeitet werden, die einen typischen Durchmesser von etwa 10 µm haben. Die Fasern können für flexible Elektroden zu einem Gewebe versponnen werden. Ein spezielles Gewebe kann kontrolliert mit Mikroporen mit einem Durchmesser von < 2 nm hergestellt werden. Mit solch einem Gewebe entstehen Elektrodenoberflächen von etwa 2500 m²/g. Vorteile der Elektroden aus Aktivkohlefasergewebe sind neben der hohen spezifischen Kapazität die gute Leitfähigkeit entlang der Faserachse und der gute elektrische Kontakt zum Kollektor.


title: Superkondensator

text: Nachteilig der kleinen Porengröße ist die Erhöhung des Leitungswiderstandes im Elektrolyten, wodurch die Leistungsdichte geringer wird.


title: Superkondensator

text: AFC-Elektroden weisen zwar überwiegend eine hohe Doppelschichtkapazität auf, können aber wegen der maßgeschneiderten Porengröße auch einen signifikanten Anteil an Pseudokapazität haben.


title: Superkondensator

text: Kohlenstoff-Aerogel ist ein synthetisches, sehr hoch poröses und ultraleichtes Material aus einem organischen Gel, in dem die flüssige Komponente des Gels durch Pyrolyse mit einem Gas ersetzt wurde. Aerogele werden auch „gefrorener Rauch“ genannt.


title: Superkondensator

text: Kohlenstoff-Aerogel hat eine bessere elektrische Leitfähigkeit als Aktivkohle. Es ermöglicht dünne und mechanisch stabile Elektroden mit einer Höhe im Bereich von mehreren hundert Mikrometern mit einheitlicher Porengröße. Durch die hohe mechanische Stabilität kann Kohlenstoff-Aerogel als Elektrodenmaterial für Superkondensatoren mit hoher Vibrationsfestigkeit verwendet werden.


title: Superkondensator

text: In Forschungslaboren sind Elektroden aus Kohlenstoff-Aerogelen entwickelt worden, die eine große Oberfläche von 400 bis 1200 m²/sup>/g mit einer spezifischen Kapazität von 104 F/cm³ aufweisen. Diese Elektroden haben sowohl eine sehr hohe Energiedichte von 90 Wh/kg als auch eine große Leistungsdichte mit 20 W/g.


title: Superkondensator

text: 2013 wurde ein Graphen-Aerogel mit einer Dichte von nur 0,16 mg/cm³ entwickelt.<ref name="DOI10.1038/494404a">"Nanomaterials: Solid carbon, springy and light". In "Nature" 494, 2013, S. 404, </ref>


title: Superkondensator

text: Aerogel-Elektroden für Superkondensatoren können auch beschichtet oder dotiert werden, sind dann also dem Bereich der Kompositelektroden zuzuordnen.


title: Superkondensator

text: Carbid-abgeleitete Kohlenstoffe, (), auch „abstimmbare nanoporöse Kohlenstoffe“ () genannt, bestehen aus einer Anzahl von Stoffen, die aus Carbiden wie z. B. Siliciumcarbid und Titancarbid durch thermische Zersetzung oder durch chemische Halogenierung in reinen Kohlenstoff umgewandelt wurden.


title: Superkondensator

text: Elektroden aus CDC besitzen große Oberflächen mit maßgeschneiderten Porengrößen. Sie können mit Porengrößen im Bereich von Mikroporen bis Mesoporen hergestellt werden. Poren mit Porendurchmessern von < 2 nm erhöhen die Pseudokapazität der Elektrode deutlich, weil de-solvatisierte Ionen, die in die kleinen Poren der CDC-Elektrode eindringen können, sehr viel kleiner als Ionen mit ihrer Solvatisationshülle sind, wodurch die Packungsdichte der interkalierten Ionen ansteigt, die durch faradayschen Ladungstausch die Pseudokapazität generieren. Diese CDC-Elektroden haben eine um 75 % höhere Energiedichte als herkömmliche Elektroden aus Aktivkohle.


title: Superkondensator

text: 2013 wurden diese Elektroden in Superkondensatoren mit der Kapazität von 4000 F und einer Energiedichte von 8,3 Wh/kg verwendet. Sie erreichten eine Zyklusfestigkeit von 1 Million Lade-Entlade-Zyklen.


title: Superkondensator

text: Graphen besteht aus einem zweidimensionalen hexagonalen (honigwabenförmigen) Gitter aus Kohlenstoffatomen. Mehrere Lagen Graphen übereinander ergeben Graphit. Graphen kann als ultradünne Schicht ähnlich Papier hergestellt werden.


title: Superkondensator

text: Graphen hat eine hohe Leitfähigkeit von > 1700 S/m und besitzt eine sehr große gravimetrische Oberfläche von 2630 m²/g, mit der theoretisch Superkondensatoren mit einer Kapazität von 550 F/g hergestellt werden können.


title: Superkondensator

text: Eine Entwicklung im Jahre 2012 nutzt die gute Leitfähigkeit der flächigen Graphenschicht direkt als Elektrode ohne Kollektor eines extrem flachen Superkondensators für portable Anwendungen.


title: Superkondensator

text: Graphenschichten können gekrümmt und so zerknüllt gepackt werden, dass zwischen den Schichten Mesoporen gebildet werden und sie nicht, ähnlich wie Graphit, flächig übereinanderliegen. Die Poren sind relativ groß und somit für die Ladungsträger leicht zugänglich, wodurch ein sehr schnelles Laden/Entladen möglich ist. Damit könnten Superkondensatoren mit Graphenelektroden für 100/120 Hz-Filter-Anwendungen gebaut werden, eine Anwendung, die bisher nicht für Superkondensatoren erreichbar war.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren mit Graphen-Elektroden erreichten in einer Entwicklung die recht hohe spezifische Energiedichte von 85,6 Wh/kg bei Raumtemperatur.


title: Superkondensator

text: Graphen konnte im Jahre 2013 als Labormuster in verschiedenen Laboren hergestellt werden, ist aber noch nicht in großen Mengen verfügbar.


title: Superkondensator

text: Kohlenstoffnanoröhren () sind zu zylindrischen Nanoröhren umgeformte Graphenschichten. Es gibt einwandige Nanoröhren () und mehrwandige Nanoröhren (), bei denen mehrere einwandige Nanoröhren koaxial ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die Durchmesser der SWNTs können variieren und liegen im Bereich der Mikroporen bis Mesoporen mit Werten zwischen 1 und 3 nm. Die Nanoröhren können direkt auf ein Substrat aufwachsen, das als Kollektor dienen kann, z. B. auf einem Siliziumwafer, wodurch die gute elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoffs in Achsrichtung zur Erhöhung der Leistungsdichte führt.


title: Superkondensator

text: Verglichen mit der theoretisch maximalen Elektrodenoberfläche von Aktivkohle (3000 m²/sup>/g) besitzen CNT-Elektroden nur eine moderate Oberfläche von etwa 1315 m²/g. Wegen der besseren Benetzbarkeit haben CNT-Elektroden dennoch eine höhere Kapazität als Aktivkohle-Elektroden, z. B. 102 F/g für MWNT- und 180 F/g für SWNT-Elektroden. Es wird erwartet, dass Superkondensatoren mit CNT-Elektroden eine Energiedichte von 21 Wh/kg bei der Nennspannung von 2,7 V erreichen werden.


title: Superkondensator

text: Ähnlich wie bei CDC-Elektroden kann die Porengröße von Matten aus einwandigen oder mehrwandigen Nanoröhren präzise an die Ionendurchmesser aus dem Elektrolyten angepasst werden, um den Anteil an Pseudokapazität zu erhöhen. Allerdings verursacht die wiederholte Interkalation während der Lade- und Entladevorgänge eine Volumenänderung, die die mechanische Stabilität der Poren verringert, so dass die Zyklusfestigkeit von Superkondensatoren mit CNT-Elektroden noch begrenzt ist. Die Forschung ist dabei, dieses Verhalten zu verbessern.


title: Superkondensator

text: Elektroden mit Kohlenstoffnanoröhren eignen sich gut für besonders flache Bauformen; die typische mechanische Höhe einer Nanoröhrenelektrode ist ca. 20 bis 100 µm.


title: Superkondensator

text: 2013 war die Herstellung von SWNTs deutlich kostenintensiver als die vom MWNTs. Auch fand eine Massenfertigung von Superkondensatoren mit CNT-Elektroden damals nicht statt.


title: Superkondensator

text: Elektroden aus Oxiden von Übergangsmetallen oder aus leitfähigen Polymeren haben die Eigenschaft, neben einer Doppelschichtkapazität auch vermehrt Redoxreaktionen verbunden mit faradayschem Ladungstausch hervorrufen zu können. Sie sind die Voraussetzung für Pseudokondensatoren, das sind Superkondensatoren mit überwiegender Pseudokapazität.


title: Superkondensator

text: Am besten erforscht und verstanden durch die Untersuchungen von B. E. Conway sind die Übergangsmetalloxide, die als Elektroden eine hohe Pseudokapazität bewirken können.


title: Superkondensator

text: Viele Oxide von Übergangsmetallen sind In der Lage, Redox-Reaktionen mit faradayschem Ladungstransfer zu bewerkstelligen. Dazu gehören die Oxide von Ruthenium (RuO), Iridium (chem|IrO), Eisen (FeO), Mangan (MnO). Aber auch Schwefelverbindungen wie z. B. Titansulfide (TiS) oder deren Kombinationen sind in der Lage Pseudokapazitäten zu bilden.


title: Superkondensator

text: Ruthenium(IV)-oxid in Kombination mit Schwefelsäure HSO als Elektrolyt bietet eines der besten Beispiele für die Pseudokapazität. Diese Kombination hat eine etwa zehnfach höhere spezifische Kapazität von 720 F/g, eine etwa fünffach höhere gravimetrische Energiedichte von 26,7 Wh/kg verglichen mit Elektroden aus Aktivkohle.


title: Superkondensator

text: Weitere Vorteile dieser Elektroden sind die gute elektrische Leitfähigkeit sowie die hohe Zyklusfestigkeit von mehr als einer Million Zyklen.


title: Superkondensator

text: Wegen des recht hohen Preises werden solche Pseudokondensatoren jedoch nur für militärische Anwendungen hergestellt.


title: Superkondensator

text: Elektroden aus weniger teuren Oxiden wurden vielfältig untersucht, am meisten Elektroden aus Mangandioxid (MnO). Bisher (2013) wurde jedoch keine dieser untersuchten Elektroden kommerziell in Superkondensatoren eingesetzt.


title: Superkondensator

text: Ein anderes Elektrodenmaterial mit hoher Pseudokapazität sind leitfähige Polymere wie beispielsweise Polypyrrol, Polyanilin, Pentacen oder Polythiophen. Diese Elektroden sind preiswert und führen aufgrund der zusätzlichen Pseudokapazität zu der deutlich höheren spezifischen Kapazität von etwa 450 F/g.


title: Superkondensator

text: Die mit leitfähigem Polymer hergestellten Elektroden sind allerdings empfindlich gegen Überspannungen. Bei zu hohen Spannungen oxidieren diese Materialien und werden dadurch dauerhaft zerstört.


title: Superkondensator

text: Pseudokondensatoren weisen außerdem aufgrund chemischer Instabilitäten bei ihren elektrochemischen Reaktionen eine verringerte Zyklusfestigkeit von etwa 10 bis 10 Zyklen gegenüber Doppelschichtkondensatoren von etwa 10 Zyklen auf. Jedoch sind sie damit immer noch deutlich zyklusfester als Akkumulatoren.


title: Superkondensator

text: Alle am Markt erfolgreichen Hybrid-Superkondensatoren sind asymmetrisch aufgebaut. Sie verbinden die statische elektrische Energiespeicherung in einer Doppelschichtkapazität mit einer faradayschen Energiespeicherung durch Ladungstausch durch Kopplung einer Doppelschicht-Elektrode mit einer Elektrode mit hoher Pseudokapazität. In Hybridkondensatoren gibt die Elektrode für die Pseudokapazität eine hohe Energiedichte, während die Doppelschichtelektrode eine hohe Leistungsdichte erbringt.


title: Superkondensator

text: Der asymmetrische Aufbau von Hybridkondensatoren kombiniert zwei Elektroden mit unterschiedlicher Kapazität. Deshalb verteilt sich die Gesamtkapazität des Kondensators entsprechend der jeweiligen Einzelkapazität seiner Elektroden nach der Formel der Serienschaltung zweier Kondensatoren, siehe #Kapazitätsverteilung. Damit kann sich die Kapazität des asymmetrischen Hybridkondensators gegenüber einem symmetrischen Doppelschichtkondensator verdoppeln.


title: Superkondensator

text: Die pseudokapazitiven Elektroden haben zwar generell eine höhere Kapazität und kleinere interne Widerstande, jedoch ist ihre Spannungsfestigkeit und vor allen bei Elektroden aus leitfähigen Polymeren ihre Zyklusfestigkeit geringer als die von Doppelschichtelektroden. Der asymmetrische Aufbau der Hybridkondensatoren lindert diese Nachteile und schafft die Voraussetzung für höhere Energie- und Leistungsdichte sowie für eine bessere Zyklusfestigkeit.


title: Superkondensator

text: In Hybridkondensatoren werden überwiegend Kompositelektroden oder Elektroden aus dem Bereich der Akkumulatoren eingesetzt, die asymmetrische Kopplung einer Doppelschicht- und einer reinen Pseudoelektrode gehört mehr in den Bereich der Forschung.


title: Superkondensator

text: Kompositelektroden bestehen aus dem Basismaterial Kohlenstoff, das mit pseudokapazitiv aktivem Material beschichtet ist, oder in deren atomares Gefüge pseudokapazitiv aktives Material eingefügt ist. Diese Kombination verleiht der Elektrode sowohl eine hohe Doppelschichtkapazität als auch eine hohe Pseudokapazität. Die sich daraus ergebende Gesamtkapazität ist deutlich höher als bei einem reinen Doppelschichtkondensator.


title: Superkondensator

text: Der Anteil an Pseudokapazität bei Kompositelektroden kann durch maßgeschneiderte Porengröße und die damit verbundene Interkalation desolvatisierter Ionen noch erhöht werden. Besonders vielversprechend sind Neuentwicklungen mit Kohlenstoffnanoröhren. CNTs mit Polypyrrol-Einlagerungen oder Beschichtungen erreichen eine sehr gute Benetzbarkeit mit dem Elektrolyten und eine gleichmäßige dreidimensionale Verteilung der elektrischen Ladung. Darüber hinaus hat die Struktur beschichteter Kohlenstoffnanoröhren gezeigt, dass die mechanischen Beanspruchungen durch die faradayschen Lade- und Entladevorgänge geringer als bei reinen redoxaktiven Polymer-Elektroden ausfallen, wodurch eine größere Zyklenstabilität erreicht wird.


title: Superkondensator

text: Kompositelektroden können jedoch auch mit einem pseudokapazitiv aktiven Material dotiert werden. Das erfolgt in Entwicklungen von CNT-Kompositelektroden, die beispielsweise Übergangsmetalloxide wie RuO, IrO, MnO oder Nitride von Molybdän, Titan und Eisen als pseudokapazitiv aktives Material verwenden. Solche Kompositelektroden erreichen spezifische Kapazitätswerte im Bereich von 150 bis 250 μF/cm².


title: Superkondensator

text: Bereits im Handel sind Hybridkondensatoren mit Kompositelektroden, die mit Lithium-Ionen dotiert sind. In diesen Elektroden werden die relativ kleinen Lithium-Atome im Kohlenstoff zwischen den Ebenen „eingelagert“, es entsteht eine Interkalationsverbindung (z. B. LixnC). die zu einer großen Pseudokapazität führt. Mit dieser Dotierung wird bei diesen Lithium-Ionen-Kondensatoren eine Vorspannung der Elektrode erzeugt, die die Nennspannung des Kondensators auf 3,8 bis 4 V anhebt. Die höhere Spannung bewirkt die deutlich höhere Energiedichte der Li-Ionen-Kondensatoren gegenüber Standard-Superkondensatoren.


title: Superkondensator

text: Die Entwicklung von Elektroden neuartiger Akkumulatoren, hier aufgrund einer umgangssprachlichen Verallgemeinerung „Batterie-Elektroden“ genannt, hat einen großen Einfluss auf die Elektroden von Superkondensatoren.


title: Superkondensator

text: Die Entwicklung des Lithium-Ionen-Akkus mit Kohlenstoffelektroden 1985 durch Akira Yoshino beispielsweise hatte zur Folge, dass im Bereich der Superkondensatoren ebenfalls Elektroden entwickelt wurden, die mit Lithium-Ionen dotiert waren. Daraus entstanden dann die Lithium-Ionen-Kondensatoren. Aus den einstmaligen Batterie-Elektroden wurden Elektroden für Superkondensatoren, die dann aber in die Definition der Kompositelektroden fallen.


title: Superkondensator

text: Der Elektrolyt in Superkondensatoren, die elektrisch leitfähige Verbindung beider Elektroden, bestimmt das Spannungsfenster, in dem der Kondensator betrieben werden kann, seinen Temperaturbereich, den Innenwiderstand (ESR) und über seine Stabilität auch das Langzeitverhalten des Kondensators.


title: Superkondensator

text: Ein Elektrolyt besteht immer aus einem Lösungsmittel mit gelösten Chemikalien, die in positive Kationen und negative Anionen dissoziieren und dadurch seine Leitfähigkeit bewirken. Je mehr Ionen der Elektrolyt enthält, desto besser ist seine Leitfähigkeit. Der Elektrolyt muss in die porige, schwammartige oder vernetzte Struktur der Elektroden eindringen können, seine Viskosität muss klein genug sein, um die Elektrodenoberfläche voll benetzen zu können. Er muss außerdem chemisch inert sein und darf die Materialien des Kondensators chemisch nicht angreifen. Aus dem Bereich der Anwendungen kommen dann die anderen Anforderungen an den Elektrolyten, der gewünschte Temperaturbereich und die geforderte Spannungsfestigkeit. Einen idealen Elektrolyten gibt es nicht, die Eigenschaften eines Elektrolyten sind immer ein Kompromiss aus Leistungsvermögen und Anforderungsprofil.


title: Superkondensator

text: Der Elektrolyt hat außerdem Einfluss auf die Kapazität einer Elektrode. Bei gleichem Elektrodenmaterial aus Aktivkohle wird beispielsweise mit einem wasserhaltigen Elektrolyten eine Kapazität von 160 F/g erreicht. Mit einem Elektrolyt, der auf einem organischen Lösungsmittel beruht, wird jedoch nur eine Kapazität von 100 F/g erreicht.


title: Superkondensator

text: Wasser ist ein relativ gutes Lösungsmittel für anorganische Chemikalien. Mit Säuren wie Schwefelsäure (HSO), Alkalien wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Salzen, wie quartäre Phosphoniumsalze, Natriumperchlorat (NaClO), Lithiumperchlorat (LiClO) oder Lithiumhexafluoridoarsenat (LiAsF) versetzt, können relativ hohe Leitfähigkeitswerte von etwa 100 bis 1000 mS/cm erreicht werden. Preiswerte wasserhaltige Elektrolyte weisen allerdings geringe Spannungsfestigkeiten von ca. 0,5 V pro Elektrode (ca. 1,0 V pro Kondensator) auf und sind in ihrem Betriebstemperaturbereich gerade bei tiefen Temperaturen begrenzt. Jüngere Ergebnisse zeigen, dass mit neutralen wässrigen Elektrolyten auch Betriebsspannungen bis zu 1,6 V möglich sind. Wasserhaltige Elektrolytsysteme werden überwiegend in Superkondensatoren mit geringer Energiedichte, aber hoher Leistungsdichte eingesetzt.


title: Superkondensator

text: Elektrolyte mit organischen Lösungsmitteln wie Acetonitril, Propylencarbonat, Tetrahydrofuran, Diethylcarbonat, γ-Butyrolacton und Lösungen mit quaternären Ammoniumsalzen oder Alkylammoniumsalzen wie z. B. Tetraethylammoniumtetrafluoroborat (N(Et)BF) oder Triethyl(methyl)ammoniumtetrafluoroborat (NMe(Et)BF) sind teurer als wässrige Elektrolyte, haben aber eine höhere Spannungsfestigkeit von typisch 1,35 V pro Elektrode (2,7 V pro Kondensator) und einen höheren Temperaturbereich. Ihre Leitfähigkeit von etwa 10 bis 60 mS/cm führt zwar zu einer geringeren Leistungsdichte, da jedoch die Energiedichte mit dem Quadrat der Spannung ansteigt, haben Superkondensatoren mit organischen Lösungsmittelelektrolyten eine etwas höhere Energiedichte als EDLCs mit wässrigen Elektrolyten.


title: Superkondensator

text: Verschiedene alternative Elektrolyte werden erforscht, die ein größeres Spannungsfenster zulassen, um so die Energiedichte des gesamten Superkondensators zu erhöhen. Ionische Flüssigkeiten, superkonzentrierte Elektrolyte und leitfähige Polymere sind die wichtigsten Ansatzpunkte der Forschung. Zudem werden neue Leitsalze wie PyrTFSi oder EtNTFSI eingesetzt, um die thermische Stabilität der Superkondensatoren zu erhöhen.


title: Superkondensator

text: Separatoren sollen die beiden Elektroden mechanisch voneinander trennen, um einen Kurzschluss zu verhindern. Sie können sehr dünn sein (wenige hundertstel Millimeter) und müssen sehr porös sein, um möglichst wenig zum Innenwiderstand (ESR) des Kondensators beizutragen. Außerdem müssen sie chemisch inert sein, um den Einfluss auf die Langzeitstabilität und die Leitfähigkeit des Elektrolyten gering zu halten. Preiswerte Lösungen verwenden offene Kondensatorpapiere als Separatoren, professionelle Superkondensatoren verwenden poröse Kunststofffolien, Glasfasergewebe oder poröse Keramikgewebe als Separatoren.


title: Superkondensator

text: Die Kollektoren (Stromsammler) dienen dem elektrischen Kontaktieren des Elektrodenmaterials und verbinden diese mit den Anschlüssen des Kondensators. Sie müssen eine gute Leitfähigkeit besitzen, immerhin sollen Spitzenströme von bis zu 100 A problemlos auf die Kondensatorzelle verteilt bzw. von ihr abgenommen werden. Sofern das Gehäuse wie üblich aus einem Metall besteht, sollten Kollektoren und Gehäuse aus demselben Material bestehen, meist Aluminium, weil sich sonst in Anwesenheit eines Elektrolyten eine galvanische Zelle bilden würde, die zu Korrosion führen könnte. Die Kollektoren werden entweder in einem Sprühverfahren auf die Elektroden aufgesprüht oder bestehen aus einer Metallfolie, auf der die Elektrode angebracht ist.


title: Superkondensator

text: Die Kapazität von Superkondensatoren ergibt sich aus der Reihenschaltung der beiden Kapazitäten "C" und "C" (an den Elektroden), siehe #Kapazitätsverteilung.


title: Superkondensator

text: Die Beweglichkeit der Ladungsträger im Elektrolyten ist begrenzt. In der porigen Struktur der Elektroden müssen sie unterschiedlich lange Wege durchlaufen. Im ersten Bereich der Pore sind sie schneller am Ort ihrer Bestimmung als am Ende einer Pore. Die in die Poren eindringenden Ionen erhöhen nach und nach die Kapazität, dabei muss der fließende Strom einen immer größer werdenden Leitungswiderstand überwinden. Beim Ausschalten des Kondensators erfolgt der gleiche zeitliche Verlauf in entgegengesetzter Richtung.


title: Superkondensator

text: Die kapazitiven Eigenschaften, die sich daraus ergeben, lassen sich elektrisch recht gut mit einer Reihenschaltung hintereinandergeschalteter RC-Glieder beschreiben. Um also die gesamte Kapazität des Kondensators messen zu können, müssen alle Einzelkapazitäten über die seriellen RC-Zeitkonstanten zusammengefasst werden. Somit wird der Gesamtwert der Kapazität eines Superkondensators nur mit einer Messung erfassbar, die das zeitliche Verhalten der Ionenbeladung mit erfasst und somit sehr zeitaufwendig ist. Zum Vergleich der Messergebnisse muss solch eine Messung genormt sein.


title: Superkondensator

text: Die Kapazität handelsüblicher Superkondensatoren wird in den Datenblättern als "Nennkapazität C" () spezifiziert. Das ist der Kapazitätswert, für den der Kondensator gefertigt ist. Der Nennkapazitätswert ist mit einer Toleranz, meist 20 %, versehen und muss innerhalb dieses Toleranzbereiches liegen. Die typischen Kapazitätswerte von Superkondensatoren liegen im Farad (F)-Bereich.


title: Superkondensator

text: Die Kapazität von Superkondensatoren kann wegen des stark zeitabhängigen Ladeverhaltens nicht mit einer Wechselspannung gemessen werden, wie es bei konventionellen Kondensatoren der Fall ist. Sie wird deshalb aus dem Energieinhalt "W" eines mit der Ladespannung "U" geladenen Kondensators ermittelt:


title: Superkondensator

text: Dazu wird der Kondensator zunächst mit einer Konstantstromquelle auf seine Nennspannung geladen. Danach wird er 30 Minuten auf diesem Spannungswert gehalten und dann mit einem definierten Entladestrom "I" entladen, wobei die Zeit ermittelt wird, die vergeht, in der die Spannung von 80 % auf 40 % der Nennspannung abfällt, siehe Bild rechts.


title: Superkondensator

text: Der Wert des Entladestromes richtet sich nach der Applikation, für die die Superkondensatoren vorgesehen werden. Die Norm IEC 62391-1 definiert hier vier Klassen:


title: Superkondensator

text: Die Messverfahren, die von den einzelnen Herstellern spezifiziert werden, stimmen weitgehend mit dem nach den IEC-Normen 62391-1 und −2 überein.


title: Superkondensator

text: Das genormte Messverfahren zur Messung der Kapazität ist sehr zeitaufwendig. In der industriellen Produktion können Superkondensatoren mit diesen Verfahren nicht überprüft werden. Die spezifizierte Nennkapazität wird deshalb mit einem sehr viel schnelleren Messverfahren mit einer kleinen Messfrequenz als Wechselspannungskapazität gemessen und mit Hilfe eines Korrelationsfaktors berechnet. Allerdings ist die Kapazität eines Superkondensators sehr stark frequenzabhängig. Schon bei einer Messfrequenz von 10 Hz fällt der Messwert auf nur etwa 20 % des Gleichspannungswertes ab. Der Korrelationsfaktor kann deshalb nur mit sehr viel Erfahrung und durch Vergleiche festgelegt werden.


title: Superkondensator

text: Die starke Zeitabhängigkeit der Kapazität, bedingt durch die begrenzte Ladungsträgerbeweglichkeit, hat in der Praxis zur Folge, dass in vielen Anwendungen, besonders bei hohen Spitzenstrombelastungen, der Nennkapazitätswert des Kondensators der Schaltung nicht zur Verfügung steht. Um den in der Anwendung benötigten Kapazitätswert zu berechnen, hat sich für Anwendungen mit hoher Strombelastung als sinnvoll herausgestellt, von der benötigten Energie "W" auszugehen und dann den Spannungsabfall "ΔU" am Kondensator praxisgerecht abzuschätzen, beispielsweise als Spannungsabfall von "0,9 U" auf "0,4 U." Dann errechnet sich die benötigte Kapazität mit:


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren arbeiten mit sehr niedrigen Betriebsspannungen im Bereich von nur einigen Volt. Weil schon geringe Überspannungen den Kondensator irreparabel schädigen können, ist die Einhaltung der in den Datenblättern spezifizierten Spannung von großer Bedeutung. Diese Spannung ist die Nennspannung U (). Sie ist die maximale Gleichspannung oder Spitzenwert der Impulsspannung, die dauernd innerhalb des spezifizierten Temperaturbereiches am Kondensator anliegen darf.


title: Superkondensator

text: Die Nennspannung ist so spezifiziert, dass sie einen Sicherheitsabstand gegenüber der chemisch bedingten Zersetzungsspannung des Elektrolyts aufweist. Die Zersetzungsspannung ist die Spannung, bei der die Moleküle des Elektrolyt-Lösungsmittels zerbrechen. Wasser zersetzt sich dann in Wasserstoff und Sauerstoff. Das Überschreiten der Zersetzungsspannung führt zur Gasbildung und kann zur Zerstörung des Kondensators führen.


title: Superkondensator

text: Standard-Superkondensatoren mit wasserhaltigen Elektrolyten werden üblicherweise mit Nennspannungswerten von 2,1 bis 2,3 V spezifiziert, Kondensatoren mit Lösungsmittelelektrolyten mit Nennspannungen von 2,5 bis 2,7 V. Bei einigen Hybridkondensatoren wie z. B. Lithium-Ionen-Kondensatoren mit dotierter Anode wird eine Spannungsfestigkeit von 3,8 bis 4 V erreicht, wobei jedoch, bedingt durch die Dotierung, eine untere Spannungsgrenze von etwa 2,2 V nicht unterschritten werden darf.


title: Superkondensator

text: Die Nennspannung von Superkondensatoren ist in der Regel kleiner als die erforderliche Betriebsspannung in der Anwendung. Um die erforderliche Betriebsspannung zu erzielen, müssen Superkondensatoren in Reihe geschaltet werden. Da sich die einzelnen Kondensatoren in ihren Eigenschaften, z. B. beim ESR-Wert, leicht unterscheiden, müssen sie mit einer aktiven oder passiven Symmetrierung ausbalanciert werden. Passive Symmetrierung kann mit Widerständen erfolgen, bei aktiver Symmetrierung sorgt eine elektronische Steuerschaltung für die gleichmäßige Verteilung der Kondensatorspannungen.


title: Superkondensator

text: Das Laden oder Entladen eines Superkondensators ist verbunden mit einer Polarisierung der Ionen im Elektrolyten und einer Bewegung der Ladungsträger durch den Separator hindurch bis tief in die Poren der Elektroden hinein. Bei dieser Bewegung der Ionen im Elektrolyten treten Verluste auf, die als Innenwiderstand des Kondensators gemessen werden können. Der Innenwiderstand hängt stark von der Zusammensetzung des Elektrolyten ab und ist baureihen- und herstellerspezifisch.


title: Superkondensator

text: Mit dem elektrischen Modell seriell geschalteter RC-Glieder, siehe Kapazität, lässt sich dabei leicht erklären, dass der Innenwiderstand von Superkondensatoren mit zunehmender Eindringtiefe der Ladungsträger in die Poren der Elektroden zeitverzögert zunimmt. Da die Ladungsträgerbeweglichkeit begrenzt ist, ist nicht nur die Kapazität, sondern auch der Innenwiderstand zeitabhängig und damit auch stark frequenzabhängig.


title: Superkondensator

text: Der wirksame Innenwiderstand eines Superkondensators, der Innenwiderstand "R", mitunter auch "ESR" genannt, wird über den Spannungsabfall "ΔU", der sich aus dem Schnittpunkt der Verlängerung des graden Abschnitts der Entladespannung mit der Entladekurve zum Zeitpunkt des Entladebeginns ergibt, nach folgender Formel berechnet:


title: Superkondensator

text: Als Entladestrom für die Messung des Innenwiderstandes gilt der Strom nach der Klasseneinteilung gemäß IEC 62391-1, siehe #Kapazität. Der so ermittelte Wert ist ein Gleichstromwiderstand.


title: Superkondensator

text: Der Gleichstromwiderstand darf nicht verwechselt werden mit dem "ESR" oder auch "ESR" (). Der "ESR" ist ein Wechselstromwiderstand, der mit 1 kHz, vereinzelt auch mit 100 Hz, gemessen wird und einen deutlich kleineren Widerstandswert aufweisen kann. Da die Messung mit einem kleinen Wechselstrom deutlich schneller durchgeführt werden kann, dient sie in den Endmessungen nach der Fertigung der Kondensatoren als Referenz, die mit Hilfe von Korrelationsfaktoren auf den Gleichstrom-Innenwiderstand umgerechnet wird.


title: Superkondensator

text: Der Innenwiderstand "R" bestimmt mehrere Eigenschaften von Superkondensatoren. Er begrenzt zum einen die Lade- bzw. Entladegeschwindigkeit des Kondensators. Zusammen mit der Kapazität "C" des Kondensators ergibt sich die Zeitkonstante "τ" mit


title: Superkondensator

text: Diese Zeitkonstante bestimmt die zeitliche Grenze, mit der ein Kondensator ge- bzw. entladen werden kann. Ein 100-F-Kondensator mit dem Innenwiderstand von 30 mΩ hat z. B. eine Zeitkonstante von 0,03 · 100 = 3 s, d. h., nach 3 s Laden mit einem nur durch den Innenwiderstand begrenzten Strom hat der Kondensator 62,3 % der Ladespannung erreicht. Da bis zum vollständigen Laden des Kondensators eine Zeitdauer von etwa 5 formula_19 benötigt wird, hat die Spannung dann nach etwa 15 s die Ladespannung erreicht.


title: Superkondensator

text: Der Innenwiderstand "R" ist aber auch der begrenzende Faktor, wenn mit Superkondensatoren der Vorteil der schnellen Lade-/Entladefähigkeit gegenüber Akkumulatoren ausgenutzt werden soll. Denn bei den sehr hohen Lade- und Entladeströmen "I", die bei Leistungsanwendungen von Superkondensatoren auftreten, treten interne Verluste "P" auf,


title: Superkondensator

text: die über den Innenwiderstand "R" zu einer Erwärmung des Kondensators führen. Diese Erwärmung ist die Hauptursache für die größenmäßige Begrenzung der Lade- und Entladeströme bei den Superkondensatoren, insbesondere bei häufig auftretenden Lade- und Entladevorgängen.


title: Superkondensator

text: Da bei Superkondensatoren keine Reaktionen, die zu chemischen Bindungen führen, auftreten, ist der Innenwiderstand "R" deutlich kleiner als der von Akkumulatoren.


title: Superkondensator

text: Die maximale Energie "W", die von einem Superkondensator mit der Kapazität "C" und der anliegenden Spannung "U" gespeichert werden kann, errechnet sich nach der Formel:


title: Superkondensator

text: Die Energiedichte ist davon abgeleitet das Maß der speicherbaren elektrischen Energie. Sie wird entweder auf die Masse des Kondensators bezogen und als gravimetrische Energiedichte in Wh/kg oder bezogen auf das Volumen als volumetrische Energiedichte in Wh/cm³ oder Wh/l angegeben.


title: Superkondensator

text: Die Energiedichten von Superkondensatoren erreichen bislang (2013) mit Werten von 0,5…15 Wh/kg bei weitem nicht die Werte von Akkumulatoren. Zum Vergleich: Ein Bleiakkumulator speichert typischerweise 30 bis 40 Wh/kg und ein Lithium-Ionen-Akkumulator etwa 120 bis 180 Wh/kg. Das bedeutet, Superkondensatoren speichern im Vergleich zu den besten im Masseneinsatz befindlichen Akkumulatoren nur etwa ein Zehntel der Energie pro Masse.


title: Superkondensator

text: Mit einem Ragone-Diagramm werden die Angaben der Leistungsdichte und der Energiedichte von Bauelementen visualisiert, um einen schnellen Vergleich der Werte auch mit anderen Technologien zu ermöglichen.


title: Superkondensator

text: In der Praxis ist die maximale Energie, die in einem Kondensator laut Datenblatt gespeichert ist, nicht verfügbar, sie reduziert sich noch um den Spannungsabfall über den Innenwiderstand und um den verbleibenden Rest an Energie, der auch nach längerer Entladung noch im Kondensator verbleibt. Die sich damit ergebende nutzbare (effektive) Energie "W" errechnet sich dann mit:


title: Superkondensator

text: Obwohl bei den Superkondensatoren die Energiedichte geringer als bei Akkus ist, haben die Kondensatoren einen wichtigen Vorteil, ihre Leistungsdichte ist deutlich größer. Mit der Angabe der Leistungsdichte wird die Geschwindigkeit definiert, mit der die Energie an eine Last geliefert oder von einer Energiequelle aufgenommen werden kann.


title: Superkondensator

text: Die Leistungsdichte ist durch die Wärmeentwicklung bei der Strombelastung über den Innenwiderstand bestimmt. Hohe Leistungsdichten ermöglichen Energiespeicher-Anwendungen zur Pufferung von Verbrauchern, die kurzzeitig einen hohen Strom benötigen oder abgeben, beispielsweise bei der Nutzbremsung oder in USV-Anlagen.


title: Superkondensator

text: Die maximale Leistung "P" eines Kondensators errechnet sich mit der anliegenden Spannung "U" und dem Innenwiderstand "R" nach der Formel:


title: Superkondensator

text: Auch die Leistung eines Superkondensators wird entweder auf die Masse bezogen als gravimetrische Leistungsdichte in kW/kg oder auf das Volumen bezogen als Volumenleistungsdichte in kW/cm³ oder in kW/l angegeben.


title: Superkondensator

text: Die mit obiger Formel berechnete maximale Leistung "P" gilt für Leistungsanpassung und reduziert durch den Spannungsabfall am Innenwiderstand die Speichereffizienz auf 50 %. Die Norm IEC 62391-2 schlägt deshalb vor, die Formel für die erreichbare Leistung der Realität anzupassen. Daraus resultiert eine Formel für eine „effektive“ Maximal-Leistung für Superkondensatoren in Power-Anwendungen, bei der der innere Spannungsabfall auf 20 % begrenzt ist:


title: Superkondensator

text: Weil die elektrostatische und die pseudokapazitive Speicherung elektrischer Energie in Superkondensatoren normalerweise ohne die Erzeugung chemischer Bindungen erfolgt, wird die Strombelastung der Kondensatoren, damit sind zyklische Lade- und Entladeströme und auch Impulsströme gemeint, nicht durch langsame chemische Reaktionen begrenzt. Das Be- und Entladen des Kondensators sowohl in der Doppelschicht als auch mit dem faradayschen Ladungstausch erfolgt sehr schnell. Der elektrische Strom wird dabei nur vom Innenwiderstand des Kondensators begrenzt, der deutlich kleiner ist als der von Akkumulatoren. Dadurch zeichnen sich Superkondensatoren gegenüber Akkumulatoren durch eine sehr viel größere Strombelastbarkeit aus.


title: Superkondensator

text: Die Strombelastung von Superkondensatoren mit dem Strom "I" erzeugt über den internen Gleichstrom-Innenwiderstand "R" einen internen Wärmeverlust "P"


title: Superkondensator

text: Diese Verlustwärme erwärmt den Kondensator und wird an die Umgebung weitergeleitet, wobei eine Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebungstemperatur im Kondensator verbleibt. Die so entstandene Kondensatortemperatur darf den spezifizierten Maximalwert nicht überschreiten und ist über die Diffusionsrate gasförmiger Bestandteile des Elektrolyten aus dem Kondensatorgehäuse hinaus für die Lebensdauer der Bauelemente bestimmend.


title: Superkondensator

text: Die gegenüber der Umgebungstemperatur zulässige Temperaturdifferenz, die durch die Strombelastung entsteht, sollte maximal 5 bis 10 K betragen, damit sie nur einen geringen Einfluss auf die zu erwartende Lebensdauer hat.


title: Superkondensator

text: Die in Datenblättern spezifizierte maximale Strombelastbarkeit umfasst Lade- und Entladestrom, Frequenz und Pulsdauer und gilt innerhalb des spezifizierten Temperatur- und Spannungsbereiches für eine definierte Lebensdauer. Allgemein gilt, dass eine geringere Strombelastung, die entweder durch eine niedrigere Betriebsspannung oder durch langsameres Laden und Entladen erreicht werden kann, sowie durch eine möglichst niedrige Umgebungstemperatur die Lebensdauer der Kondensator verlängert werden kann.


title: Superkondensator

text: Der für eine Dauerbelastung spezifizierte zulässige Lade- und Entladestrom kann für Anwendungsfälle, in denen ein hoher Impulsstrom gefordert wird, deutlich überschritten werden. Bei impulsförmiger Strombelastung muss dann aber die kurzzeitig entstehende Wärme über längere Pausen zwischen den Impulsen thermisch verteilt werden. Solch ein „Spitzenstrom“ kann für große Superkondensatoren für Leistungsanwendungen mit einer Kapazität von mehr als 1000 F gemäß Datenblattspezifikation kurzzeitig einen maximalen Strom von über 1000 A betragen. Solche Ströme dürfen allerdings nicht als Dauerwert betrachtet werden. Denn bei solch hohen Strömen tritt nicht nur eine starke interne Erwärmung der Kondensatoren auf, bei der die Wärmeausdehnung einen zusätzlichen Stressfaktor bildet, sondern es entstehen auch noch starke elektromagnetische Kräfte mit Auswirkung auf die Festigkeit der Elektroden-Kollektor-Verbindung. Eine große Impulsfestigkeit von Superkondensatoren ist also nicht nur eine Frage der Temperaturbelastung, sondern auch noch Ergebnis einer mechanisch robusten und stabilen Konstruktion.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren zeichnen sich gegenüber Akkumulatoren jedoch nicht nur durch eine sehr viel höhere Strombelastbarkeit aus, sondern sie besitzen auch noch eine sehr viel größere Zyklusfestigkeit. Das bedeutet, dass Superkondensatoren eine sehr viel größere Anzahl von Lade-Entladezyklen überstehen, ohne dass durch chemische Prozesse eine Verkürzung der Lebensdauer eintritt. Die chemische Stabilität, insbesondere bei der Pseudokapazität mit faradayschem Ladungstransfer, ist schon bei Superkondensatoren mit Elektroden aus pseudokapazitiven Polymeren so groß, dass damit hergestellte Kondensatoren mehr als 10 000 Zyklen überstehen. Das ist rund das Zehnfache dessen, was Lithium-Ionen-Akkumulatoren für Leistungsanwendungen überstehen. Superkondensatoren mit sehr hohem Anteil an Doppelschichtkapazität und auch Pseudokondensatoren mit Elektroden aus Übergangsmetalloxiden erreichen eine Zyklusfestigkeit von mehr als einer Million Zyklen, ohne dass die Kapazität nennenswert abfällt oder der Innenwiderstand deutlich ansteigt.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren unterscheiden sich von Akkumulatoren nicht nur durch die höhere Strombelastbarkeit und die höhere Zyklusfestigkeit, sondern auch durch eine höhere Lebensdauer. Weil die elektrostatische und die pseudokapazitive Speicherung elektrischer Energie in Superkondensatoren normalerweise ohne die Erzeugung chemischer Bindungen erfolgt, wird die Lebensdauer dieser Kondensatoren überwiegend von der Kondensatortemperatur und der damit verbundenen Diffusionsrate gasförmiger Bestandteile des flüssigen Elektrolyten aus dem Kondensatorgehäuse hinaus bestimmt. Darüber hinaus hat aber auch noch die Betriebsspannung einen gewissen Einfluss auf die Lebensdauer.


title: Superkondensator

text: Die Lebensdauer von Superkondensatoren wird an einem Kollektiv in zeitraffenden Prüfungen bei der oberen Grenztemperatur und bei voller Nennspannung ermittelt. Bedingt durch das temperaturabhängige langsame Verdunsten des Elektrolyten durch die Abdichtung hindurch ändern sich elektrische Parameter; die Kapazität sinkt ab, der Innenwiderstand steigt an. Durch diese Änderungen der Kennwerte werden die Kondensatoren irgendwann ihre Funktion nur noch vermindert erfüllen können. Deshalb werden Änderungsgrenzen festgelegt, deren Überschreitungen als sogenannte „Änderungsausfälle“ gewertet werden. Wird in den zeitraffenden Lebensdauerprüfungen auch nur eine dieser Grenzen unter- bzw. überschritten, ist das Ende der Lebensdauer des Kondensators erreicht. Die Kondensatoren sind zwar auch dann noch weiter betriebsfähig, nur eben mit verminderten elektrischen Eigenschaften.


title: Superkondensator

text: Für die Kapazität ist die Grenze zum Änderungsausfall nach IEC 62391-2 erreicht, wenn der Kapazitätswert sich um 30 % gegenüber seinem Anfangswert vermindert hat. Für den Innenwiderstand gilt nach der Norm als Änderungsausfall, wenn er den vierfachen Wert seiner Spezifikation überschritten hat.


title: Superkondensator

text: Diese nach der Norm zulässigen Änderungen sind jedoch für Leistungsanwendungen mit hohen Ein- und Ausschaltströmen meist zu hoch. Viele Hersteller, deren Superkondensatoren für hohe Ströme vorgesehen sind, legen deshalb deutlich engere Änderungsgrenzen fest, beispielsweise mit nur 20 % Änderung der Kapazität kombiniert mit der maximalen Änderung des Innenwiderstandes auf den doppelten Datenblattwert. Insbesondere für den Innenwiderstand ist diese engere Definition bei hoher Strombelastung wichtig, da die Wärmeentwicklung im Kondensator linear mit dem Innenwiderstand ansteigt und bei einem vierfach höheren Innenwiderstand die Verlustwärme ebenfalls vierfach höher wäre und es möglicherweise dadurch zu einer unzulässigen Gasdruckentwicklung im Kondensator kommen könnte.


title: Superkondensator

text: Die bis zum ersten Änderungsausfall gemessene Zeit, gerundet, wird von den Herstellern meist als „Lebensdauer“ () spezifiziert. Die Schreibweise dieser Lebensdauerspezifikation, z. B. „5000 h/65 °C“, beinhaltet die Zeit in Stunden (h) und die obere Grenztemperatur in Grad Celsius (°C). Sie ist stark von der jeweiligen Baureihe abhängig.


title: Superkondensator

text: Die in den Datenblättern spezifizierte Lebensdauer bei der oberen Grenztemperatur kann von Anwendern in Lebensdauerzeiten für abweichende Betriebsbedingungen umgerechnet werden. Das erfolgt bei herkömmlichen Superkondensatoren, die nicht für Leistungsanwendungen vorgesehen sind, ähnlich wie bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten, nach dem „10-K-Gesetz“, auch Arrhenius-Gesetz genannt. Danach verdoppelt sich die abschätzbare Lebensdauer pro 10 K niedrigerer Betriebstemperatur, weil die Änderungen der elektrischen Parameter entsprechend langsamer verlaufen.


title: Superkondensator

text: Ist eine Baureihe wie im nebenstehenden Bild mit 5000 h bei 65 °C spezifiziert, dann werden die Kondensatoren mit etwa 10 000 h bei 55 °C gleiche Änderungen der elektrischen Parameter aufweisen wie nach 20 000 h bei 45 °C, jedoch eine doppelt so lange Betriebszeit bei der kleineren Temperatur haben.


title: Superkondensator

text: Die Lebensdauer von Superkondensatoren ist aber auch noch abhängig von der Betriebsspannung. Für diese Spannungsabhängigkeit der Lebensdauer kann keine allgemein geltende Formel angegeben werden. Der Kurvenverlauf, der aus dem nebenstehenden Bild hervorgeht, ist deshalb nur als ein Erfahrungswert eines Herstellers zu sehen.


title: Superkondensator

text: Obwohl die Lebensdauer nach der obigen Formel berechnet werden kann, ist das Ergebnis dieser Berechnung immer nur eine Abschätzung der Lebensdauer als statistischer Mittelwert eines Kollektivs eingesetzter Kondensatoren unter gleichartigen Bedingungen.


title: Superkondensator

text: Die statische Speicherung elektrischer Energie in den Helmholtzschen Doppelschichten erfolgt in einem Abstand der Ladungsträger zueinander, der im molekularen Bereich liegt. Bei diesem geringen Abstand können Effekte auftreten, die zum Austausch von Ladungsträgern führen. Diese Selbstentladung ist als Reststrom, auch Leckstrom genannt, messbar. Dieser Reststrom hängt von der Spannung und von der Temperatur am Kondensator ab. Er ist bei Raumtemperatur, bezogen auf die gespeicherte Ladungsmenge, so gering, dass üblicherweise die Selbstentladung des Kondensators als Ladungsverlust oder als Spannungsverlust für eine bestimmte Zeit spezifiziert wird. Als Beispiel sei hier ein „5-V/1-F-Goldcapacitor“ von Panasonic angeführt, dessen Spannungsverlust bei 20 °C in 600 Stunden (25 Tage) etwa 3 V beträgt, für die Einzelzelle also 1,5 V. Die Selbstentladungsrate ist also höher als die von Akkumulatoren und schränkt im Vergleich damit die Anwendungsgebiete ein.


title: Superkondensator

text: Die Polarität entsteht bei Superkondensatoren mit symmetrischen Elektroden durch eine Spannungsbeaufschlagung während der Fertigung, bei asymmetrischen Elektroden ist sie außerdem noch konstruktiv bedingt. Superkondensatoren sind deshalb gepolte Kondensatoren. Sie dürfen nicht in „falscher“ Polarität entgegen der Polaritätskennung betrieben werden. Das schließt auch einen Betrieb mit Wechselspannungen aus. Ein Betrieb mit falscher Polarität führt zur Gasentwicklung und Zerstörung des Kondensators.


title: Superkondensator

text: Die Polarität von Superkondensatoren ist wie bei anderen polarisierten Kondensatoren mit einem Minusbalken in der Isolierumhüllung (−) zur Kennzeichnung der Kathode markiert.


title: Superkondensator

text: Bei Superkondensatoren führt, ähnlich wie bei Elektrolytkondensatoren, die Kombination maßgeschneiderter Elektroden mit einem der Anwendung angepassten Elektrolyten zu einer großen Anzahl von unterschiedlichen technischen Lösungen mit unterschiedlichen technischen Werten. Besonders mit der Entwicklung niederohmiger Elektrolytsysteme in Kombination mit Elektroden mit hoher Pseudokapazität lassen eine große Variationsbreite von technischen Lösungen zu. Entsprechend vielfältig ist das Angebot an Superkondensatoren auf dem Markt. Wie aus der folgenden Tabelle entnommen werden kann, unterscheiden sich deshalb die Kondensatoren der verschiedenen Hersteller deutlich bei den Werten für den Kapazitätsbereich, der Zellenspannung, beim Innenwiderstand sowie bei der Energiedichte.


title: Superkondensator

text: In der Tabelle bezieht sich der Innenwiderstand jeweils auf den größten Kapazitätswert des jeweiligen Herstellers. In ganz grober Abschätzung können dabei die Superkondensatoren in zwei Gruppen aufgeteilt werden. Die erste Gruppe mit Innenwiderständen größer etwa 20 mΩ weist Kapazitätswerte von 0,1 bis 470 F auf. Das sind die typischen „Doppelschichtkondensatoren“ für den Datenerhalt oder ähnliche Applikationen. Die zweite Gruppe mit Kapazitätswerten von etwa 100 bis 12 000 F hat deutlich kleinere Innenwiderstände, die zum Teil bis auf etwa 0,2 mΩ hinuntergehen. Diese Superkondensatoren sind für Leistungsanwendungen geeignet.


title: Superkondensator

text: Aus dieser Tabelle geht der prozentuale Anteil von Doppelschicht- und Pseudokapazität an der Gesamtkapazität eines angebotenen Kondensators nicht hervor. Die Hersteller selbst sind nur in seltenen Fällen bereit, etwas zu diesem Thema zu veröffentlichen. Selbst diesen wenigen Angaben, im Artikel von Pandolfo und Hollenkamp zusammengetragen, ist eine prozentuale Verteilung des Anteils an Doppelschicht- und Pseudokapazität nicht zu entnehmen.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren stehen im Wettbewerb einerseits mit Elektrolytkondensatoren und andererseits mit Akkumulatoren, insbesondere mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Die folgende Tabelle vergleicht die wichtigsten technischen Daten der drei unterschiedlichen Familien innerhalb der Superkondensatoren mit Elkos und Akkus.


title: Superkondensator

text: Elektrolytkondensatoren haben Vorteile wegen ihrer Eignung zur Entkopplung niederfrequenter Frequenzen bis etwa 500 kHz und ihrer hohen Spannungsfestigkeit bis 550 V. Ihre Speicherfähigkeit ist dagegen deutlich geringer.


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren sind wie auch Akkumulatoren nur für reine Gleichspannungsanwendungen geeignet. Die Vorteile von Superkondensatoren gegenüber Akkumulatoren sind die längere Lebensdauer, die deutlich höhere Leistungsdichte mit hoher Spitzenstrombelastbarkeit, die deutlich größere Zyklusfestigkeit und der wartungsfreie Betrieb. Die Nachteile sind der höhere Preis, die geringere Energiedichte und die schnellere Selbstentladung.


title: Superkondensator

text: Die technischen Eigenschaften von Superkondensatoren unterscheiden sich beträchtlich voneinander. Besonders bei Anwendungen mit hohen Spitzenströmen sind die elektrischen Werte oft von den Messbedingungen abhängig, so dass standardisierte Prüfungen und Messvorschriften unabdingbar sind, um eine Vergleichbarkeit der Bauelemente zu erreichen.


title: Superkondensator

text: Diese Prüfungen und Messvorschriften sowie die Anforderungen an die geprüften Kondensatoren sind in einer international harmonisierten (IEC) Norm festgelegt, die im deutschen Sprachraum von den jeweiligen Länderorganisationen (DIN, OEVE/OENORM, SN) als europäische Norm EN, übernommen wurden. Das ist die:


title: Superkondensator

text: Für die Superkondensatoren für Leistungsanwendungen nach Klasse 4 werden die besonderen Anforderungen in einer ebenfalls international harmonisierten Rahmenspezifikation festgelegt:


title: Superkondensator

text: Darüber hinaus werden in der beiden folgenden Normen die speziellen Anforderungen an Superkondensatoren für definierte Einsatzbereiche spezifiziert:


title: Superkondensator

text: Superkondensatoren haben Vorteile in Anwendungen, in denen eine große Energiemenge für eine relativ kurze Zeit oder für eine sehr hohe Zahl von Lade-/ Entladezyklen benötigt wird. Typische Beispiele umfassen Ströme im Bereich von Milliampere oder Milliwatt für einige Minuten bis zu Strömen im Bereich mehrerer Hundert Ampere oder mehreren hundert Kilowatt während kurzer Lastspitzen.


title: Superkondensator

text: Die Zeit t, während der ein Superkondensator einen konstanten Strom I liefern kann, wird berechnet mit: