Festkörper-Einschicht Ultrakondensator

Festkörper-Ultrakondensator-Leistungsdichte 

Eine neuere Entwicklung von einlagigen Energiespeichern (SSESD) bietet eine Lösung. Das SSESD beinhaltet ein Dielektrikum mit hoher Permittivität und einer Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 16 Millionen.

Ein Dielektrikum ist jeder elektrische Isolator, der durch ein elektrisches Feld polarisiert werden kann. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ändert sich die Ladungsverteilung im Dielektrikum so, dass sich positive Ladungen mit dem Feld ausrichten. Die drei primären Polarisationsmechanismen sind:
  • Ionische Polarisation, bei der positive Ionen mit dem Feld und negative Ionen gegen das Feld fließen.
  • Orientierungspolarisation, bei der das Dielektrikum Materialien mit einem permanenten Dipolmoment enthält, d.h. Moleküle haben eine ungleichmäßige Ladungsverteilung.
  • Grenzflächenpolarisation, bei der freie mobile Ladungen innerhalb des Materials zur dielektrischen/Elektrodengrenzfläche wandern; positive Ladungen wandern zur negativen Elektrode und positive Ladungen zur negativen Elektrode.
Kondensator - Bildnachweis: Papa November

In seiner einfachsten Form besteht ein Kondensator aus einer dielektrischen Schicht, die zwischen zwei Leitern angeordnet ist. Das Anlegen einer Spannung an die Leiter erzeugt ein elektrisches Feld. Die Dielektrizitätskonstante oder Permittivität (K) des Dielektrikums ist das Verhältnis zwischen dem Feld ohne Dielektrikum (Eo) und dem Feld mit dem Dielektrikum (E).

K = Eo/Eo/E

In dem beschriebenen Einschichtkondensator wird beim Anlegen einer Spannung (V) über die Leiter eine Ladung (Q) im Kondensator induziert. Das Verhältnis zwischen Spannung und Ladung ist definiert als die Kapazität (C) des Kondensators.  

C = Q/V

Die gespeicherte Ladungsmenge hängt von der Fläche (A) der Leiter, dem Abstand (d) zwischen ihnen und der Dielektrizitätszahl ab.

C = K(A/d)

Bei Kondensatoren mit identischen Abmessungen gilt also: Je höher der Wert des K, desto größer ist die Ladungsmenge, die gespeichert werden kann.

Die in einem geladenen Kondensator gespeicherte potenzielle elektrische Energie (E) ist eine Funktion der Kapazität (C), der Spannung (V) über die Elektroden. Sie ist gleichwertig mit der Arbeit, die durch die Aufladung geleistet wird, und kann ausgedrückt werden durch:

E = ½ CV2

Die experimentellen Arbeiten der letzten zwei Jahre bestanden aus drei Schritten.

Der erste Schritt konzentrierte sich auf die Entwicklung von Kondensator-Massenkeramiken mit hoher Kapazität als Referenzmaterialien, im Gegensatz zur Eestor-Technologie, die eine sehr grundlegende niedrige Dielektrizitätskonstante von 18.000 gegenüber unserem jüngsten Meilenstein von 16 Millionen aufweist.

Der zweite Schritt konzentrierte sich auf die Entwicklung von Keramiken mit hoher Oberfläche und verbesserten Ladungsspeichermöglichkeiten.

Der dritte Schritt konzentriert sich auf die Entwicklung dielektrischer Schichten auf Metallsubstrat mit guter Haftung auf dem Metallsubstrat und ohne Lochfraß oder Diskontinuitäten, die für die Verringerung der Kapazität verantwortlich sind. Wir werden eine neuartige Ultraschalltechnologie zum Mischen und Verfeinern von Körnern einsetzen.

Das Pulver wurde gepresst und bei verschiedenen Temperaturen gebrannt, um dichte, porenfreie Proben zu erhalten. Die Proben wurden dann elektrolytisch behandelt und auf Kapazität (C), Dielektrizitätskonstante (K), dielektrische Verluste (loss tan) und Temperaturkoeffizient der Kapazität (TCC) getestet.

UltraCap Energy Ltd.

UltraCap Energy Ltd. wurde mit dem Ziel gegründet, umweltfreundliche Energiespeicher oder "Batterien" zu entwickeln. Jetzt, zu 60% entwickelt, würden diese Geräte die Art und Weise, wie elektrische Energie gespeichert und transportiert wird, revolutionieren. Mit nur 4 Minuten Ladezeit könnte ein Elektrofahrzeug mit unserer Batterie bis zu 480 Kilometer weit über die bisherigen langsam ladenden Li-Ionen-Akkus hinaus fahren.

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