SuperkondensatorenDer bessere Stromspeicher fürs Elektroauto

In Bussen wird er schon eingesetzt – jetzt entdecken Autobauer den Superkondensator. Er speichert Strom schneller und hält länger. Der Akku könnte bald ausgedient haben. von Jürgen Rees

Der Mazda 6 speichert den Strom aus der Bremskraftrückgewinnung in einem Kondensator.

Der Mazda 6 speichert den Strom aus der Bremskraftrückgewinnung in einem Kondensator.  |  © Hersteller

Wenn ein Autofahrer den Gasfuß hebt oder bremst, verpufft die Bewegungsenergie des Wagens ungenutzt als Wärme. Geht aber der Pilot des weinroten Mittelklassekombis Mazda 6 vom Gas, wandelt ein Generator die Bewegungs- in elektrische Energie um und speichert sie blitzschnell in einem sogenannten Superkondensator. Der ist im Gegensatz zu Batterien in Sekunden geladen und versorgt dann Navigationssystem, Radio, Klimaanlage und Bordbatterie mit Strom. Der Motor vergeudet dadurch keinen Treibstoff mehr mit dem Betrieb der elektrischen Systeme, und das Auto wird sparsamer.

Solche Superkondensatoren sind Neuland im Automobilbau. Zwar loben Ingenieure wie der ehemalige BMW-Forschungschef und heutige Magna-Technologie-Vorstand Burkhard Göschel schon seit Jahren ihre Vorteile. Bisher aber waren sie den Autoherstellern zu teuer und zu leistungsschwach.

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Das ändert sich jetzt. Mazda bietet als erster Autohersteller in seinem erfolgreichsten Modell 6 (ab 22.090 Euro) ein sogenanntes regeneratives Bremssystem namens i-Eloop an, das Superkondensatoren als Energiespeicher nutzt. Die sind mittlerweile nicht nur billiger, langlebiger, leichter und weniger temperaturempfindlich als ihre Konkurrenten, die Lithium-Ionen-Akkus. Der japanische Hersteller verspricht auch bis zu zehn Prozent Treibstoffersparnis. Im knauserigsten Modell soll die Technik einen Durchschnittsverbrauch von weniger als vier Liter Diesel auf 100 Kilometer ermöglichen – ganz ohne Elektromotor. Damit werden die Superkondensatoren zu Hoffnungsträgern von Autoherstellern und Batterieentwicklern.

Grund dafür ist ihre spezielle Bauweise. Im Gegensatz zu Akkus, die Strom elektrochemisch bevorraten, speichern Kondensatoren Energie elektrisch. Dadurch sind sie in wenigen Sekunden voll geladen – viel schneller als die in Hybridautos eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien, die dafür Stunden benötigen. Genauso schnell geben die Supercaps ihre Energie wieder ab.

Fotografen verwenden Kondensatoren schon seit Jahrzehnten in Blitzgeräten: In der Regel speist darin eine Batterie den Kondensator, der sich dann auf Knopfdruck in Mikrosekunden in Form eines Lichtblitzes entlädt. Die Batterie allein könnte nicht so viel Leistung in so kurzer Zeit zur Verfügung stellen.

Die Superkondensatoren, die nun in Autos eingesetzt werden, sind eine Weiterentwicklung dieser Technik. Sie speichern mehr Energie über einen längeren Zeitraum. Ihren ersten Leistungstest absolvierten sie in der Formel 1: Für knappe sieben Sekunden sorgt in den Rennwagen der Strom aus den Superkondensatoren für 82 PS mehr Leistung. Dafür wird dem Benzinmotor ein zweiter, elektrisch betriebener Motor hinzugeschaltet. 

Leserkommentare
    • lib-dem
    • 21. Oktober 2012 18:27 Uhr
    1. Nein,

    nicht wirklich.
    Super-Kondensatoren werden für kurzfristiges Speichern im Rahmen der Rekuperation eingesetzt, und haben da tatsächlich Vorteile.
    Litium-Ionen-Akkus speichern jedoch wesentlich mehr Energie, werden aber langsamer geladen und geben sie langsamer wieder ab. Wer mit Elektroenergie fahren will, wird noch lange gute Batterien brauchen.
    Mag sein, dass ein Kondensator dazukommt, um Energie zurückzugewinnen (das wird eine Frage der Kosten und des Gewichtes), aber er wird die Batterie nicht ablösen können.

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    • Karl63
    • 21. Oktober 2012 18:56 Uhr

    Solche "Supercaps" werden schon recht lange angeboten, dass diese jetzt auch in KFZ Verwendung finden, ist schlicht eine neue Anwendung für diese Art von Kondensatoren.
    Ansonsten hätte dem Artikel etwas mehr Recherche über die technischen Hintergründe sicherlich sehr gut getan. Meines Wissens nach verwendet Toyota für deren Hybridsystem Akkus, die durch Reihenschaltung der einzelnen Zellen - je nach Wagentyp - bis zu 600 Volt liefern können. Dass man mit solchen Spannungen arbeitet, hat mit Sicherheit seine Gründe. Dies macht aber gleichzeitig die Verwendung von "Supercaps" nicht eben einfacher / sinnvoller, denn deren Spannungsfestigkeit liegt deutlich geringer - bei den im Handel angebotenen Typen sind es 2,5 - 5,5 Volt.
    In diesem Artikel der (englischen) Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Synergy_Drive
    ist ein Foto der Steuerelektronik des Prius http://en.wikipedia.org/wiki/File:ToyotaOpenHSD.jpg und auf diesem ist deutlich zu erkennen: da sind ganz "normale" Elektrolytkondensatoren drin, die deutlich sichtbar eine Spannungsfestigkeit von 450 Volt aufweisen.

    • Ecky
    • 21. Oktober 2012 18:49 Uhr

    Diese Kondensatorentechnik ist gut geeignet für sehr Lade- und Entladevorgänge mit hoher Frequenz, bei der auch die Ladungsmenge eher ungleichmäßig ist.
    Bezogen auf motorisierten Individualverkehr sind Stadtfahrten mit vielen Stopps genau das Terrain, auf dem die Kondensatortechnik ihren Vorteil ausspielen kann.
    Zwei große Vorteile der "herkömmlichen" Akkutechnik gegenüber den Supercaps wurden gar nicht betrachtet: Selbstentladung und Energiedichte.

    E.

  1. Kondensatoren entladen sich selbst nach eingiger Zeit. Gut möglich das sie sich zu einem wichtigen Bauteil entwickeln, aber die Batterie können sie nicht ersetzen.

    @Autor: die Betriebsspannung würde sich vervierfachen. Normale Bordspannung sind im Moment 12v. Nur in Lkws werden 24v verwendet.
    Und im übigen wurde das 48v-Netz von Conti vor schätzungsweise 10 Jahren entwickelt um den Anlasser zu ersetzen. Hat sich damals aber nicht durchgesetzt.

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    • Fuji
    • 21. Oktober 2012 19:42 Uhr

    ... hätte schon etliche Vorteile, z.B. Gewichtsersparnis bei den verwendeten Motoren, geringerer Leitungsquerschnitt, günstigere Leistungselektronik, usw.

    Interessant wird das aber wohl erst, wenn E-Autos/plugin-Hybride mit mehreren hundert Volt Systemspannung etabliert sind.

    • Karl63
    • 21. Oktober 2012 18:56 Uhr

    Solche "Supercaps" werden schon recht lange angeboten, dass diese jetzt auch in KFZ Verwendung finden, ist schlicht eine neue Anwendung für diese Art von Kondensatoren.
    Ansonsten hätte dem Artikel etwas mehr Recherche über die technischen Hintergründe sicherlich sehr gut getan. Meines Wissens nach verwendet Toyota für deren Hybridsystem Akkus, die durch Reihenschaltung der einzelnen Zellen - je nach Wagentyp - bis zu 600 Volt liefern können. Dass man mit solchen Spannungen arbeitet, hat mit Sicherheit seine Gründe. Dies macht aber gleichzeitig die Verwendung von "Supercaps" nicht eben einfacher / sinnvoller, denn deren Spannungsfestigkeit liegt deutlich geringer - bei den im Handel angebotenen Typen sind es 2,5 - 5,5 Volt.
    In diesem Artikel der (englischen) Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Synergy_Drive
    ist ein Foto der Steuerelektronik des Prius http://en.wikipedia.org/wiki/File:ToyotaOpenHSD.jpg und auf diesem ist deutlich zu erkennen: da sind ganz "normale" Elektrolytkondensatoren drin, die deutlich sichtbar eine Spannungsfestigkeit von 450 Volt aufweisen.

    Antwort auf "Nein,"
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    Bevor Sie mangelnde technische Hintergründe kritisieren, sollten Sie mal Google anwerfen (z.B. http://www.capcomp.de/). Die einzelnen SuperCaps werden für Straßenbahnen und Busse in Modulen z.B. von 125V und 62F verpackt.
    Neu ist natürlich nur der Einsatz diere Module im PKW, und deshalb benutzt der Prius solche Module natürlich noch nicht.

  2. Die Ladestationen fuer Buesse an Haltestellen sind eine nette Idee.

    Fuer den Individualverkehr muesste man wohl Autobahnspuren mit beruehrungsloser Ladetechnik ausruesten, so dass die Kondensatoren in entsprechend ausgeruesteten Autos waehrend der Autobahnfahrt aufgeladen werden. Fuer kurze Strecken in der Stadt kann dann der Strom aus dem Kondensator genutzt werden, fuer Langstrecken muss man sich auf entsprechende Autobahnen beschraenken.

  3. ... daß es sich bei den ersten fünf "Experten" um direkte Nachfolger jener "Fachleute" handelt, die nach dem 7. Dezember 1835 in Nürnberg und Umgebung ganz genau wußten, daß die Geschwindigkeit, mit welcher die Passagiere des "Adler"-Zuges von Nürnberg nach Fürth "rasten" unweigerlich tödliche Auswirkungen auf den menschlichen Organismus zeitigen müsse?

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    • Ecky
    • 21. Oktober 2012 20:06 Uhr

    Gegenfrage: Wieviele Passagiere der Fahrt am 7. Dezember 1835 leben noch?

    Im Gegensatz zu den vernutungsbasierten Bedenken damals kann man sich beim Thema "SuperCap vs. LiIon-Akkus" heute auf eine breite Basis von gut dokumentierten Erfahrungen stützen, da die beiden Technologien schon länger quasi für jeden käuflich sind und auch den ein oder anderen bekannten Einsatz hinter sich haben.

    Das Jules Verne'sche Verfahren, Passagiere in einer Kapsel mit einer Kanone zum Mond zu befördern, hat sich aus dem ein oder anderen Grund auch nicht wirklich durchgesetzt...

    E.

    • Infamia
    • 22. Oktober 2012 8:52 Uhr

    Wie ich "Expertenwissen" langsam und allmählich gefressen habe. Nun fehlt mir selbst die Expertise auf diesem Gebiet, aber es ist doch oft so, dass der Status Quo selten taugt, um zu wissen, was die Zukunft bringt. Die sog. Experten sind "Fachidioten" und Ihnen fehlt es oft an Wissen aus anderen Gebieten, welches ergänzend wirkt und neue Möglichkeiten bringt.

    Ich behaupte, wenn Mazda diese Technik verwendet, dann machen die das nicht, weil sie unwirtschaftlich oder praxisfern ist, dann haben die wohl einen Plan. Und dann ist mir das "Expertenwissen" der ersten fünf Kommentare mal sowas von egal. Vielmehr bin ich gespannt, was daraus wird und gehe davon aus, alternative Antriebe werden schneller zur Marktreife geführt, als sog. "Experten" aufgrund ihres Fachwissens auf einem Gebiet sich vorstellen können. Manchmal hilft es einfach, Fachwissen zu ignorieren, sonst würden wir wohl heute noch glauben, mehr als 30kmh ist tödlich.

    • Fuji
    • 21. Oktober 2012 19:38 Uhr

    ... Vorredner schrieben: Weder sind supercaps als Kurzzeitspeicher in Hybridautos was neues, noch taugen sie als echter Ersatz für Akkus, mangels Energiedichte.

    Wo liegt gegenwärtig die Energiedichte der supercabs? Bei ca. 5Wh/kg? Gegenwärtig verwendete Li-Akkus kommen auf ca. 120Wh/kg, die Einzelzellen liegen oft sogar bei 160-200Wh/kg.

    Dafür sind die supercaps übrigens auch verteufelt teuer.

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    Im Labor wurden bereits 136 Wh/kg bei graphenbasierten Superkondensator erzielt:
    http://physicsworld.com/cws/article/news/2010/nov/26/graphene-supercapac...
    Dies ist durchaus zu Akkus konkurrenzfähig.

    • Fuji
    • 21. Oktober 2012 19:42 Uhr

    ... hätte schon etliche Vorteile, z.B. Gewichtsersparnis bei den verwendeten Motoren, geringerer Leitungsquerschnitt, günstigere Leistungselektronik, usw.

    Interessant wird das aber wohl erst, wenn E-Autos/plugin-Hybride mit mehreren hundert Volt Systemspannung etabliert sind.

    Antwort auf "ebenfalls nein"

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