Priusfreunde.de

"Mögliche Anwendungen von Kondensatorspeichern sehen die Forscher auch bei Hybridautos" schreibt heise online:
http://www.heise.de/newsticker/meldung/74065

Ich hole diesen fast 15 Jahre alten Thread aufgrund dieses aktuellen Berichts aus der Versenkung:

Zitat:
Sicher, nachhaltig und recyclingfähig
Forscher entwickeln umweltfreundlichen Hybrid-Superkondensator

Ähnlich wie Batterien eignen sich Superkondensatoren für die wiederholte Speicherung elektrischer Energie. Forschende der TU Graz haben nun in Nature Communications eine besonders sichere und nachhaltige Variante eines solchen Supercaps präsentiert.
- www.all-electronics.de/forscher-entwicke...id-superkondensator/

Grüße, Egon

Schon im Jahr 2005 wurde der baldige Durchbruch prognostiziert:

- www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/hybri...effekt-a-368963.html


Daraus wurde aber bislang nichts, abgesehen von zwei Ausnahmen:

• 2013 wurde in einer Mazda 6-Baureihe ein Kondensator als Pufferspeicher eingesetzt, verschwand aber nach relativ kurzer Zeit wieder sang- und klanglos aus dem Modellprogramm.
  
  - www.priusfreunde.de/portal/index.php?opt...tid=25&id=196775


• 2020 realisierte Lamborghini den Supersportwagen Sian, dessen 820 PS starkes Hybrid-System von Puffer-Kondensatoren unterstützt wird.
  
  - www.priusfreunde.de/portal/index.php?opt...limitstart=30#609807

Grüße, Egon

... nicht zu vergessen die Formel 1 und weitere Rennserien, in denen etliche kW in unter 1 Sekunde gespeichert und in ca. 10 Sekunden wieder vollständig abgegeben werden müssen.

Im Unterschied zu Batterien, die die elektrische Energie chemisch speichern, speichert ein Kondensator die Energie physikalisch. Nun ist es bisher so, daß man durch chemische Umwandlung viel mehr Energie pro kg Speichermaterial speichern kann als durch physikalische Ladungstrennung. Dafür erfordert die chemische Umwandlung deutlich mehr Zeit als das Aufladen von Elektronen auf Elektroden, was in der Geschwindigkeit nur durch den Leitungsquerschnitt begrenzt ist. Es gibt also zwei unterschiedliche Zielgruppen:
· ich muß möglichst viel Energie transportieren (für große Reichweite) --> chemische Batterie (noch besser herkömmlicher Flüssigkraftstoff oder scheinbar zukunftsfähig Fuel Cell), d.h. hohe Speicherkapazität
· ich muß die Energie möglichst schnell und oftmalig zu Verfügung haben --> Kondensator, d.h. hohe Leistungsdichte

Die Kondensatortechnologie entwickelte sich deutlich weiter. Als ich noch bastelte, war ein 1-µF-Kondensator ein verlöteter und mit Schrauben befestigter kleiner "Metallklotz". Mittlerweile sind 1 µF ein kleiner keramischer SMD-Kondensator auf der Leiterplatte. In Abbildungen sieht man immer, daß in so einem Keramikkondensator zahlreiche Schichten übereinander liegen. Das ist der Idealfall. Auf Röntgen- und Schliffbildern aus der Fehleranalyse habe ich gesehen, daß die Schichten ziemlich verbogen sein können. Das passiert wohl beim Sinterprozeß und stört eigentlich nicht, denn außen bleibt es ein kleines rechteckiges Bauteil mit Elektroden an beiden Enden.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Kapazität eines Kondensators zu erhöhen:
· Man vergrößert die Plattenfläche durch noch mehr Schichten. Die Schichten müssen dazu immer dünner werden, was die Spannungsfestigkeit verringert. Auch mechanisch ist es ein Problem, weil bei einem evtl. gebrochenen Keramikkondensator (durch mechanisch oder thermisch bedingte Verspannungen der Leiterplatte) die verschiedenen Elektroden an der Bruchkante schon durch winzigste Verschiebungen kurzgeschlossen werden können. Durch solche Kurzschlüsse in Kondensatoren hat es schon Fahrzeugbrände gegeben und vor Jahren ist wohl sogar eine BMW-Meßhalle deshalb abgebrannt. Deshalb werden direkt an der Betriebsspannung nur noch Keramikkondensatoren mit "weichen" Kontakten (sogenannte Softterm) oder zwei in Reihe geschaltete Keramikkondensatoren (halbiert die Kapazität der Gesamtschaltung) und um 90° auf der LP verdrehte Kondensatoren (durch Verspannungen wird üblicherweise nur einer brechen und der andere verhindert den Kurzschluß) verwendet.
· Man verwendet Isolationsmaterial mit einer noch höheren Dielektrizitätskonstante. Die bisherigen hochkapzitiven Kondensatoren sind aber von ihrer Parameterstabilität immer schlechter als die mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Die hochkapazitiven Kondensatoren können eigentlich nur Elektronen speichern, um so mehr um so besser. Temperaturstabilität oder Spannungsunabhängigkeit der Kapazität sind zweitrangig.

Ich sehe derzeit kein rein batterieelektrisches Auto für einigermaßen hohe Reichweite nur mit Kondensatoren. Aber als Pufferung für chemische Batterien oder Brennstoffzellen (den Sinn der Wasserstofftechnologie lassen wir jetzt mal unbeachtet) könnte ich es mir vorstellen. Und natürlich in so einem "normalen" Hybrid-Fahrzeug.

Zitat:
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Superkondensatoren statt Batterien: Graphen-Hybrid-Superkondensatoren erreichen Leistungsdichte von Akkus und Batterien
- nachrichten.idw-online.de/2021/01/04/sup...akkus-und-batterien/
- de.motor1.com/news/464072/superkondensat...phen-hybridmaterial/

Grüße, Egon

Mmm, Leistungsdichte aber die Energiedichte hinkt immer noch gewaltig.

Wurde das schon gepostet?
www.bus.man.eu/de/de/stadtbusse/lions-ci...gie/Technologie.html

"Die Supercaps können den warmen Diesel an der Haltestelle wieder starten"

Das ist leicht vorstellbar:
Ein Diesel braucht wegen der hohen Kompression einen Anlasser mit hoher elektrischer Leistung.
Die Glühkerzen haben ebenfalls einen signifikanten elektrischen Leistungsbedarf.
Bevor der Anlasser ran darf, müssen die Glühkerzen erstmal den Motor leicht anwärmen. Erst dann wird georgelt.
Also muss die Starterbatterie liefern:
- zuerst mehrere Sekunden eine mittlere Dauerleistung des Vorglühens und dann
- zeitversetzt parallel dazu die hohe Impulsleistung des Anlassers.

Obendrein verschlimmert sich die Situation rasch mit abnehmender (Außen- und Motor-)Temperatur. Alles dauert länger. Und die Batterie ohnehin weniger Lust. Miese Spannungslage.

Ist der Motor erst mal warm, dann reicht es oft, einmal den Totpunkt zu überwinden. Dann läuft die Bude sofort wieder.

Unterm Strich sind die Dieselbatterien von der Kapazität also alle viel zu groß ausgelegt, weil sie für die Startleistung unter widrigen Umständen und auf Haltbarkeit dimensioniert werden...

Zahlenbeispiele? Hoch gegriffene Zahlen am PKW.
Vorglühen: 20sek @50A => 1000As = 0.28Ah
Anlassen: 5sek @600A => 3000As = 0.84Ah

Macht also bissl mehr als 1.1Ah Kapazitätsentnahme im Kaltstart.
Aus einer 80Ah dicken Dieselbatterie also weniger als 1.5% SOC entnommen.

Warum sich LiFePo-Batterien sich noch nicht durchgesetzt haben? Ich weiß es nicht. Kann eigentlich nur an der Lobby und am Preis liegen.

Dix schrieb:
Warum sich LiFePo-Batterien sich noch nicht durchgesetzt haben? Ich weiß es nicht. Kann eigentlich nur an der Lobby und am Preis liegen.
Es gibt neben dem deutlich höheren Preis durchaus auch technische Gründe. Bleiakkus sind sehr langmütig. Da sie ziemlich überladefest sind, braucht man weder Zellbalancer noch aufwändige Laderegler und Überladeschutzeinrichtungen. Erstere erübrigen sich, da man einfach so lange (über)laden kann, bis auch die letzte Zelle sicher ihren Weg gemacht hat. Und letztere kann man sehr einfach halten, da es so genau nicht drauf ankommt - bei passender Ladespannung kann man die Dinger ewig am Lader lassen; will man sie in kürzerer Zeit wirklich voll kriegen ohne dass sie gasen, so reicht bei etwas höherer Ladespannung eine einfache Ladestromüberwachung. Der geringe technische Aufwand und die riesigen zulässigen Toleranzen der umgebenden Infrastruktur sprechen also für sie, auch wenn sie bezgl. Energiedichte, Lebensdauer und Aufbereitbarkeit der Inhaltsstoffe alles andere als ideal sind.

Komisch. Ein Prius kann das für den HV Akku. Die Technologie ist also da und zuverlässig.

Jetzt muss es "nur noch" in den breiten Markt finden. Schon sind in jedem Auto locker 20kg eingespart.

Durch Zufall gefunden: liteblox.de/shop/ Das Verhältnis von Preis zu Gewichtseinsparung ist mir aber deutlich zu hoch

Naa langsam. Klar. Kostet ordentlich was.
Aber an den litebloxx steht Motorsport dran. Das kostet extra. Wie Apple z.B.

cs-batteries.de/Lithium-LiFePO4-Auto-Sta...rie-12V-80Ah-1500AEN
Diese hier ist on Gehäuse und Kapazität baugleich zu einer "normalen" Batterue gängiger Größe. Wiegt nur 10kg. Inkl BMS.
Skaliert man diese entlang der benötigten Startleistung runter...

Die kleine Motorsportbatti kost 700€ bei 10Ah. DAS ist Wucher.

Anlasser ziehen typischerweise 70- maximal 200A bei ganz großen Dieseln. Das wären dann 2kW Anlasser.
Die Gründe, warum man in der Masse keine LiFePo als Starterbatterien einsetzt sind einfach:
1. FLP sind nicht tiefentladefest. Sie gehen dann kaputt und leiden nicht wie Blei nur unter Kapazitätsverlust.
2. LFP sind nicht tieftemperaturfest und können bei tiefen Minusgraden keinen Strom liefern. Man könnte dann nicht nicht einmal mehr das Auto "aktivieren" oder per OBD Diagnose betreiben. Im Falle einer Abschaltung des Hochvoltakkus übernimmt die Bleibatterie die Versorgung der Systeme wie Licht und Anzeigen. Sonst würde es plötzlich auf der Autobahn schwarz. Da ist Blei einfach am flexibelsten.
Große Fahrakkus werden entsprechend temperiert bevor man mit Leistung fahren kann. Deshalb haben alle BEVs auch heute noch Bleiakkus für die Basis- und Notfunktionen bei allen Temperaturen.
3. LFP in entsprechender Kapazität und Ladestromfähigkeit sind ERHEBLICH teuer als Bleiakkus.

Superkondensatoren als rein physikalische Speicher zu bezeichnen ist gewagt. Es bewegen sich Ionen. Ich würde daher als Chemiker eher von physikalisch-chemischen Prozessen sprechen.
Deren Speicherdichte ist eher gering und beträgt nur ein 1/20 bis 1/50 der Speicherdichte von Lithium-Akkus.

In der F1 spielt die Zyklenfestigkeit der Akkus keine Rolle. Die Batterien sind klein und dürfen nur 25 kg wiegen. Es dürfen nur ca 1 kWh (4 MJ) pro Runde mit maximal 120 kW für maximal 33 Sekunden pro Runde entnommen werden.
Man kann passende Lithium-Akkus ohne Probleme in diesem extremen Anwendungen mit 20C laden und 50C entladen. Erwartet halt keine 10 Jahre und 2000 Zyklen aus den Teilen.
Sie werden dann nach einem Wochenende einfach entsorgt.

Zitat:
Queensland University
Neuer Hybrid-Superkondensator

Australische Forscher haben einen neuen Hybrid-Superkondensator entworfen, der eine nahezu unmittelbare Ladung und Entladung ermöglicht. Er erreicht dabei bereits eine Energiedichte, die vergleichbar ist mit Nickel-Metallhybrid-Akkus.
- energyload.eu/stromspeicher/forschung/hybrid-superkondensator/

Grüße, Egon