Supercondensator

Mee bezig Aan dit artikel of deze sectie wordt de komende uren of dagen nog druk gewerkt. Klik op geschiedenis voor de laatste ontwikkelingen.

Schema van een supercondensator

Schema van een dubbellaag. De Sternlaag is een combinatie van de Helmholzdubbellaag en de Gouy-Chapmandubbellaag.

Bestand:Maxwell Ultracapacitors.jpg

Supercondensatoren

Overzicht van supercondensatoren

Een supercondensator is een condensator met een uitzonderlijk hoge elektrische capaciteit van 1 tot vele farad, maar met relatief hoge lekstroom. De maximale spanning per element is nog maar ongeveer 2,7 V. De supercondensator vult het gat op tussen een elektrolytische condensator en een oplaadbare batterij. Hij is een verdere ontwikkeling van de elektrische dubbellaagcondensator. In supercondensatoren is de elektrolyt de geleidende verbinding tussen twee elektroden, terwijl bij elektrolytische condensatoren de elektrolyt de kathode is en dus de tweede elektrode vormt. Pseudocondensatoren en hybride supercondensatoren die elektrochemische ladingseigenschappen hebben, mogen niet met omgekeerde polariteit worden gebruikt, wat hun gebruik bij wiselstroom uitsluit. Deze beperking is echter niet van toepassing op de electrostatische dubbellaagsupercondensatoren.

In vergelijking met accumulatoren van hetzelfde gewicht, zijn supercondensatoren slechts goed voor ongeveer 10% van hun energiedichtheid, terwijl hun vermogensdichtheid ongeveer 10 tot 100 keer zo groot is. Supercondensatoren kunnen daardoor veel sneller worden opgeladen en ontladen. Ze kunnen ook veel vaker herhaaldelijk opgeladen en ontladen worden dan oplaadbare batterijen en zijn daardoor geschikt als vervanging of aanvulling wanneer er vaak opgeladen en ontladen wordt.

Het toepassingsgebied van supercondensatoren varieert van het afgeven van zeer kleine stromen voor het bewaren van gegevens in de static random-access memorys (SRAM) in elektronische apparaten tot aan het gebied van vermogenselektronica, bijvoorbeeld als opslag van elektrische energie in een KERS-systeem bij formule 1-raceauto's, in het terugwinnen van remenergie bij voertuigen zoals stadsbussen en treinen, in hybride auto's of bij een railgun. China experimenteert vanaf 2006 met een nieuwe vorm van een elektrische bus, ook wel Capabus genoemd, waarbij de energie is opgeslagen in grote ingebouwde dubbellaagcondensatoren, die bij elke bushalte waar de bus stopt onder zogenaamde elektrische paraplu's snel worden opgeladen en op het eindpunt worden ze weer volledig opgeladen.

In 2016 bedroeg de wereldwijde verkoop van supercondensatoren ongeveer US$ 400 miljoen. De verwachting is dat de wereldwijde omzet van supercondensatoren vanaf 2016 jaarlijks met 28,7% groeit tot $ 6,3 miljard in 2022.

Techniek

De elektrische capaciteit van de supercondensator is het resultaat van de som van de twee opslagprincipes:

• Elektrostatische opslag van elektrische energie door ladingscheiding in Helmholtzdubbellagen in een dubbellaagcapaciteit.
• Elektrochemische opslag van elektrische energie door middel van de elektrolysewet van Faraday met behulp van redoxreacties in een zogenoemde pseudocapaciteit.

In een hybride supercondensator vormen de dubbellaagcapaciteit en de pseudocapaciteit samen opgeteld de totale capaciteit. Ze hebben echter afhankelijk van het ontwerp van de elektrode een groot verschil in de bijdrage aan de totale capaciteit. De pseudocapaciteit van een daarvoor geëigende elektrode kan bijvoorbeeld bij gelijke oppervlakken 100 keer zo groot zijn als die van de dubbellaagcapaciteit.

Supercondensatoren zijn gepolariseerde componenten die alleen met de juiste polariteit kunnen worden gebruikt. De polariteit is in het ontwerp van asymmetrische elektroden vastgelegd, bij symmetrische elektroden echter wordt de polariteit tijdens de productie vastgelegd met behulp van een elektrische spanning.

Schema van de elektrochemische dubbellaag.

■ co-ionen

■ tegenionen

1: geladen oppervlak
2: diffuse laag met voornamelijk tegenionen
3: bulk van de oplossing
4: Sternlaag.
Onder: de potentiaal van het geladen oppervlak.

Zie voor de elektrochemische dubbellaag het aparte artikel over de elektrochemische dubbellaag. Eenvoudig gezegd is er bij een dubbellaag sprake van een geladen oppervlak dat gesolvateerde ionen van tegengestelde lading aantrekt. Dicht bij het oppervlak vormt zich een aparte laag van geïmmobiliseerde tegenionen, de Sternlaag. Deze laag schermt slechts een gedeelte van de lading van het oppervlak af. Mobiele tegenionen zijn verantwoordelijk voor de rest van de afscherming.

Indeling

Supercondensatoren worden afhankelijk van hun ontwerp onderverdeeld in drie verschillende condensatorfamilies:

• Dubbellaagcondensatoren, ook wel electrostatische dubbellaagcondensatoren genoemd, hebben koolstofelektroden of daarvan afgeleiden met een zeer hoge statische dubbellaagcapaciteit. Het aandeel van de Faraday-pseudocapaciteit in de totale capaciteit is klein.
• Pseudocondensatoren hebben elektroden gemaakt van metaaloxiden of van geleidende polymeren en hebben een zeer groot aandeel Faraday-pseudocapaciteit in de totale capaciteit.
• Hybride condensatoren hebben asymmetrische elektroden, één met een hoge dubbellaagcapaciteit, de tweede met een hoge pseudocapaciteit. Tot de hybride condensatoren behoren de lithium-ion-condensatoren.

Ontwerp

Basisontwerp

Constructie van een supercondensator:
1 stroombron
2 collector
3 gepolariseerde elektrode
4 Helmholtzdubbellaag
5 elektrolyt met positieve en negatieve ionen
6 separator (diëlektricum)

Elektrochemische condensatoren (supercondensatoren) bestaan uit twee elektroden gescheiden door een ionen-doorlatend membraan (separator of diëlektricum), en een elektrolyt die beide elektroden ionisch verbindt. Wanneer de elektroden worden gepolariseerd door een aangelegde spanning, vormen ionen in de elektrolyt elektrische dubbellagen met een polariteit die tegengesteld is aan de polariteit van de elektrode. Positief gepolariseerde elektroden zullen bijvoorbeeld een laag negatieve ionen op het grensvlak van de elektrode/elektrolyt hebben, samen met een laag van positieve ionen die adsorberen aan de negatieve laag waardoor de lading in balans is. Het tegenovergestelde gebeurt bij de negatief gepolariseerde elektrode.

Bovendien kunnen, afhankelijk van het elektrodemateriaal en de vorm van het oppervlak, sommige ionen door de dubbellaag dringen en worden dan specifiek geadsorbeerde ionen, die als pseudocapaciteit bijdrage aan de totale capaciteit van de supercondensator.

De eigenschappen van supercondensatoren worden bepaald door de interactie van hun interne materialen. Vooral de combinatie van elektrodemateriaal en type elektrolyt bepaalt de functionaliteit en thermische en elektrische eigenschappen van de condensatoren.

Interne AC-weerstandwaarden (ESR) van supercondensatoren

Type supercondensator	22 µF	100 µF	470 µF	Gemeten bij frequentie in Hz	Elektrolyt
Standaard aluminium	7–30 Ω	2–7 Ω	0,13–1,5 Ω	120
Laag-ESR aluminium	1–5 Ω	0,3–1,6 Ω		100k
Vast aluminium	0,2–0,5 Ω			500	MnO2
Sanyo OS-CON	0,04–0,07 Ω	0,03–0,06 Ω		100k	TCNQ
Standaard vast tantaal	1,1–2,5 Ω	0,9–1,5 Ω		100k
Laag-ESR tantaal	0,2–1 Ω	0,08–0,4 Ω		100k
Vochtig folie tantaal	2,5–3,5 Ω	1,8–3,9 Ω			H2SO4
Gestapelde folie film	< 0,015 Ω			100k
Keramiek	< 0,015 Ω			100k

Elektrochemische of elektrostatische dubbellaagcapaciteit

Schema van een dubbellaag. De Sternlaag is een combinatie van de Helmholzdubbellaag en de Gouy-Chapmandubbellaag.

De elektrochemische dubbellaag of EDL is een fysisch-chemisch verschijnsel dat optreedt rond oppervlakken die in contact staan met een vloeistof waarin ionen opgelost zijn. Eenvoudig gezegd is er bij een dubbellaag sprake van een geladen oppervlak dat ionen in de elektrolyt van tegengestelde lading aantrekt.

Elke supercondensator heeft twee elektroden, mechanisch gescheiden door een separator, die ionisch met elkaar zijn verbonden via de elektrolyt. De elektrolyt is een mengsel van positieve en negatieve ionen opgelost in een oplosmiddel zoals water. Bij elk van de twee elektrode oppervlakken ontstaat een gebied waarin de vloeibare elektrolyt in contact staat met het geleidende metalen oppervlak van de elektrode. Dit koppelvlak vormt een gemeenschappelijke grens tussen twee verschillende fasen van materie, zoals een onoplosbaar vast elektrodeoppervlak en een aangrenzend vloeibaar elektrolyt. Op dit koppelvlak treedt een heel bijzonder verschijnsel op van de elektrochemische dubbellaag. Er zijn verschillende hypothesen opgesteld ter verklaring van dit verschijnsel. Enkele zijn de Helmholtzdubbellaag, de Gouy-Chapmandubbellaag, de Sternlaag, die een combinatie is van de Helmholzdubbellaag, de Gouy-Chapmandubbellaag en het Bockris/Devanathan/Müller (BDM) model.

• Helmholtzdubbellaag. Door een spanning op een elektrochemische condensator aan te brengen, genereren beide elektroden in de supercondensator elektrische dubbellagen. Deze dubbellagen bestaan ​​uit twee ladingslagen: één elektronische laag bevindt zich in de oppervlaktestructuur van de elektrode en de andere, met tegengestelde polariteit, wordt veroorzaakt door gedissociëerde en gesolvatiseerde ionen in de elektrolyt. De twee lagen worden gescheiden door een enkele molecuullaag van het oplosmiddel, de binnenste laag het Helmholtz-vlak (IHP) genoemd. Oplosmiddelmoleculen hechten zich aan het oppervlak van de elektrode door fysisorptie, waarbij de Vanderwaalskrachten betrokken zijn en scheiden de tegengesteld gepolariseerde ionen van elkaar. Ze kunnen worden geïdealiseerd als een moleculair diëlektricum. Er vindt geen overdracht van lading tussen elektrode en elektrolyt plaats, dus de krachten die de hechting veroorzaken zijn geen chemische bindingen maar fysieke krachten (bijvoorbeeld elektrostatische krachten). De geadsorbeerde moleculen zijn gepolariseerd maar hebben, vanwege het ontbreken van een ladingoverdracht tussen elektrolyt en elektrode, geen chemische veranderingen ondergaan.

De hoeveelheid lading in de elektrode komt overeen met de grootte van de tegenladingen in het buitenste Helmholtzlaag (OHP). Dit dubbellaagfenomeen slaat elektrische ladingen op zoals in een conventionele condensator. De dubbellaaglading vormt een statisch elektrisch veld in de moleculaire laag van de oplosmiddelmoleculen in de binnenste Helmholtzlaag, die overeenkomt met de sterkte van de aangelegde spanning.

Structuur en functie van een ideale dubbellaagcondensator. Bij toepassing van een spanning op de supercondensator bij beide elektroden zal een Helmholtzdubbellaag worden gevormd, die de ionen in de elektrolyt scheidt in een spiegelladingsverdeling van tegengestelde polariteit

De dubbellaag dient ongeveer als de diëlektrische laag in een conventionele condensator, zij het met de dikte van een enkel molecuul. Zo kan de standaardformule voor conventionele plaatcondensatoren worden gebruikt om hun capaciteit te berekenen:

$C=\varepsilon {\frac {A}{d}}$.

Dienovereenkomstig is de capaciteit C het grootst in condensatoren gemaakt van materialen met een hoge diëlektrische constante ε (epsilon), grote elektrodeplaatoppervlakken A en een kleine afstand tussen de platen d. Daarom hebben dubbellaagscondensatoren veel hogere capaciteitswaarden dan conventionele condensatoren als gevolg van het extreem grote oppervlak van de actieve koolstofelektroden en de extreem dunne dubbellaagafstand in de orde van enkele ångström (0,3-0,8nm), ter grootte van de Debyelengte.

Elektroden

Een microscoopopname van actieve kool onder een lichtmicroscoop. Let op de fractal-achtige vorm van de deeltjes, waardoor ze een enorm groot oppervlak hebben. Elk deeltje in dit beeld, ondanks dat het slechts ongeveer 0,1 mm breed is, heeft een oppervlakte van verschillende vierkante meters.

Naarmate de poriëngrootte de solvatatie schil benadert, worden oplosmiddelmoleculen uitgesloten en vullen alleen niet-gesolvateerde ionen de poriën.

Op supercondensator-elektroden zijn over het algemeen dunne coatings aangebracht en elektrisch verbonden met een geleidende, metalen collector. De elektroden moeten een goede geleidbaarheid, stabiliteit bij hoge temperaturen, chemische stabiliteit op lange termijn, hoge corrosiebestendigheid en grote oppervlakken per eenheid volume en massa hebben. Andere vereisten zijn onder andere milieuvriendelijkheid en lage kosten.

Zowel de hoeveelheid dubbellagen als de pseudocapaciteit die per eenheidsvoltage wordt opgeslagen in een supercondensator is hoofdzakelijk afhankelijk van het elektrodeoppervlak. Daarom zijn supercondensator-elektroden meestal gemaakt van poreus, sponsachtig materiaal met een buitengewoon hoog specifiek oppervlak, zoals bij actieve kool. Bovendien verbetert het vermogen van het elektrodemateriaal om faradaïsche ladingsoverdrachten uit te voeren de totale capaciteit.

Over het algemeen geldt dat hoe kleiner de poriën van de elektrode, hoe groter de capaciteit en de energiedichtheid. Kleinere poriën vergroten echter de interne AC-weerstand (ESR) en verlagen de vermogensdichtheid. Toepassingen met hoge piekstromen vereisen grotere poriën en lage interne verliezen, terwijl toepassingen die hoge energiedichtheden vereisen, kleine poriën nodig hebben.

Het meest gebruikte elektrodemateriaal voor supercondensatoren is koolstof in verschillende verschijningsvormen zoals actieve kool (AC), koolstofvezeldoek (AFC), carbide-afgeleide koolstof (CDC), koolstofaerogel, grafiet (grafeen), grafaan en koolstofnanobuisen. (CNTs)

Op koolstof gebaseerde elektroden vertonen overwegend een statische dubbellaagcapaciteit, hoewel een kleine hoeveelheid pseudocapaciteit ook aanwezig kan zijn, afhankelijk van de poriëngrootteverdeling. Poriëngrootten in koolstoffen variëren typisch van microporiën (minder dan 2 nm) tot mesoporiën (2-50 nm), maar alleen microporiën (<2 nm) dragen bij aan de pseudocapaciteit. Naarmate de poriëngrootte de solvatatie schil (de solvatatie schil rond een ion is het totale volume gevormd door het ion en van het hof van de oplosmiddelmoleculen die het omringen) benadert, worden oplosmiddelmoleculen uitgesloten en vullen alleen niet-gesolvateerde ionen de poriën (zelfs voor grote ionen), waardoor de ionische pakkingsdichtheid en opslagcapaciteit toenemen door faradaïsche H₂ intercalatie (intercalatie is de reversibele insluiting of insertie van een ion in een materiaal met een gelaagde structuur.

Elektroden voor dubbellaagcondensatoren

• Actieve kool was het eerste materiaal dat gebruikt werd voor supercondensator-elektroden. Hoewel de elektrische geleidbaarheid ongeveer 0,003% van die van metalen is (soortelijke geleidbaarheid van verschillende materialen is 1.250 tot 2.000 S/m), is het voldoende voor supercondensatoren.

Actieve kool is een extreem poreuze vorm van koolstof met een hoog specifiek oppervlak - een algemene benadering is dat 1 gram een oppervlakte heeft van ruwweg 1000 tot 3000 m² De meest gebruikte vorm in elektroden heeft een lage dichtheid met veel poriën, waardoor een hoge dubbellaagcapaciteit wordt verkregen.

Vaste actieve kool, ook wel geconsolideerde amorfe koolstof (CAC) genoemd, is het meest gebruikte elektrodemateriaal voor supercondensatoren en kan goedkoper zijn dan andere koolstofderivaten. Het is gemaakt van actieve koolpoeder dat in de gewenste vorm is geperst en vormt een blok met een brede verdeling van de poriegroottes. Een elektrode met een specifiek oppervlak van ongeveer 1000 m²/g resulteert in een typische dubbellaagcapaciteit van ongeveer 10 μF/cm² en een specifieke capaciteit van 100 F/g.

• Actieve koolvezels (ACF) worden gemaakt van actieve kool en hebben een diameter van 10 μm. Ze kunnen microporiën hebben met een zeer kleine spreiding in poriëngrootte, die gemakkelijk kan worden gecontroleerd. De oppervlakte van geweven actieve koolvezels is ongeveer 2500 m²/g. Voordelen van deze elektroden zijn een lage elektrische weerstand langs de lengteas van de vezel en een goed contact met de collector. Actieve koolvezel-elektroden hebben vanwege hun microporiën overwegend dubbellaagcapaciteiten met een kleine hoeveelheid pseudocapaciteit.

Een blok silica-aerogel in de hand

• Koolstofaerogel is een zeer poreus, synthetisch, ultralicht materiaal, dat wordt gemaakt van een organische gel, waarin het vloeibare bestanddeel is vervangen door een gas.

Koolstofaerogelelelektroden worden gemaakt met behulp van pyrolyse uit resorcinol-formaldehyde aerogels en zijn meer geleidend dan de meeste actieve koolstoffen. Ze maken dunne en mechanisch stabiele elektroden mogelijk met een dikte van enkele honderden micrometers (μm) en een uniforme poriëngrootte. Koolstofaerogelelektroden bieden ook mechanische stabiliteit en trillingsstabiliteit aan supercondensatoren die worden gebruikt in omgevingen met veel trillingen.

Onderzoekers hebben een koolstofaerogelektrode gemaakt met gravimetrische dichtheden van ongeveer 400–1200 m²/g en een volumetrische capaciteit van 104 F/cm³, met een energiedichtheid van 25 kJ/kg (90 Wh/kg) en een vermogensdichtheid van 20 W/g.

Standaard koolstofaerogelelektroden hebben hoofdzakelijk een dubbellaagcapaciteit. Koolstofaerogelelektroden die een composiet bevatten, kunnen naast de dubbellaagcapaciteit ook een grote pseudocapaciteit hebben.

Poriëngrootte verdeling van verschillende carbide precursors.

• Carbide-afgeleide koolstof (CDC), ook bekend als afstembare nanoporeuze koolstof, is een familie van koolstofmaterialen afgeleid van carbide precursors, zoals binair siliciumcarbide en titaniumcarbide, die door bijvoorbeeld thermolyse of halogenering in zuivere koolstof zijn omgezet.

Carbide-afgeleide koolstof kan een groot specifiek oppervlak en afstembare poriëndiameters (van microporiën tot mesoporiën) vertonen voor maximalisering van de ion-opsluiting, waardoor de pseudocapaciteit door faradese H₂ adsorptiebehandeling wordt verhoogd. Carbide-afgeleide koolstofelektroden met poriënontwerp op maat bieden maar liefst 75% meer energiedichtheid dan conventionele actieve koolstoffen.

Vanaf 2015 zijn er carbide-afgeleide koolstof-supercondensatoren met een energiedichtheid van 10,1 Wh/kg, 3,500 F-capaciteit en met meer dan een miljoen oplaad-ontlaadcycli.

• Grafeen bestaat uit een één atoom dikke laag van grafiet, waarbij de atomen gerangschikt zijn in een regelmatig hexagonaal patroon, en wordt ook wel "nanocomposietpapier" genoemd.

Structuur van grafeen

Grafeen heeft een theoretisch specifiek oppervlak van 2630 m²/g wat theoretisch kan leiden tot een capaciteit van 550 F/g. Bovendien is een voordeel van grafeen ten opzichte van actieve kool de hogere elektrische geleidbaarheid. Vanaf 2012 wordt grafeenpapier door de goede soortelijke geleidbaarheid in draagbare apparaten gebruikt als supercondensator met alleen een elektrode en dus zonder collectoren.

In een van de uitvoeringsvormen van grafeen bevat de supercondensator gebogen, niet tegen elkaar aanliggende grafeenvellen, waardoor er mesoporiën worden gevormd die toegankelijk en bevochtigbaar zijn door ionische elektrolyten bij spanningen tot 4 V. Hierbij wordt bij kamertemperatuur een energiedichtheid van 85,6 Wh/kg (308 kJ/kg} verkregen, die vergelijkbaar is aan die van een conventionele nikkel-metaalhydrideaccu, maar met 100-1000 keer grotere vermogensdichtheid.

De tweedimensionale structuur van grafeen verbetert het laden en ontladen. Ladingsdragers in verticaal georiënteerde lagen kunnen snel migreren in of uit de diepere structuren van de elektrode, waardoor de stroom toeneemt. Dergelijke condensatoren kunnen geschikt zijn voor 100/120 Hz filtertoepassingen, die niet mogelijk zijn bij supercondensatoren die andere koolstofmaterialen gebruiken.

• Een koolstofnanobuis is een opgerold vel grafeen van een atoom dik, hol van binnen, waarbij de lengte tienduizenden malen groter kan zijn dan de diameter.

Een scanning tunneling microscopische (STM) afbeelding van een enkelwandige koolstofnanobuis

Een rasterelektronenmicroscopische (SEM) afbeelding van een bundel koolstofnanobuizen met een oppervlak van ongeveer 1500 m/g

De grafeenvellen worden opgerold onder specifieke en gedraaide ("chirale") hoeken. De combinatie van de chirale hoek en de dikte bepaalt de eigenschappen van de koolstofnanobuis, zoals elektrische geleidbaarheid, bevochtigbaarheid door elektrolyten en ionentoegang. Koolstofnanobuizen worden ingedeeld naar:

• enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT's) of
• meerwandige koolstofnanobuizen (MWNT's).

De laatste hebben één of meer buitenste buizen die achtereenvolgens een enkelwandige koolstofnanotube omhullen, ongeveer zoals de Russische matroesjka's. Enkelwandige koolstofnanobuizen hebben een diameter tussen 1 en 3 nm. Meerwandige koolstofnanobuizen bestaan uit meerdere lagen opgerold grafeen en hebben een grotere diameter dan enkelwandige koolstofnanobuizen, typisch zo'n 5-100 nm. De afstand tussen twee lagen in een meerwandige koolstofnanobuis is ongeveer gelijk aan de afstand tussen twee lagen grafeen in grafiet: zo'n 0,33 nm.

Koolstofnanobuizen kunnen verticaal op het collectorsubstraat groeien, zoals een siliciumwafer. Typische lengtes zijn 20 tot 100 mμ.

Koolstofnanobuizen kunnen de prestaties van de supercondensator aanzienlijk verbeteren, vanwege de zeer goede bevochtiging van het oppervlak door de elektrolyt en de hoge geleidbaarheid.

Een op enkelwandige koolstofnanobuizen gebaseerde supercondensator met een waterige elektrolyt werd systematisch bestudeerd aan de Universiteit van Delaware in de groep van prof. Bingqing Wei. Li et al. waarbij ze voor de eerste keer ontdekten, dat de iongrootte en de elektrode-elektrolyt-bevochtigbaarheid de dominante factoren zijn, die het elektrochemische gedrag van flexibele enkelwandige koolstofnanobuizen-supercondensatoren beïnvloeden. Ze gebruikten verschillende 1 molaire waterige elektrolyten met verschillende anionen en kationen. De experimentele resultaten lieten ook zien dat bij flexibele supercondensatoren het erop lijkt dat er voldoende druk tussen de twee elektroden moet worden uitgeoefend om de waterige elektrolyt-koolstofnanobuis-supercondensator beter te laten werken.

Koolstofnanobuizen kunnen per oppervlakte-eenheid ongeveer dezelfde lading opslaan als actieve kool, maar doordat het oppervlak van koolstofnanobuizen gerangschikt is in een regelmatig patroon, wordt een grotere bevochtigbaarheid verkregen. Vergeleken met een theoretisch maximalen elektrodenoppervlakte van actieve kool (3000 m²/g) hebben enkelwandige koolstofnanobuizen slechts een theoretisch specifiek oppervlak van ongeveer 1315 m²/g, terwijl dat voor meerwandige koolstofnanobuizen lager is en wordt bepaald door de diameter van de buizen en het aantal grafeenlagen. Niettemin hebben enkelwandige koolstofnanobuizen een hogere capaciteit dan actieve koolstofelektroden, bijv. 102 F/g voor de meerwandige koolstofnanobuizen en 180 F/g voor de enkelwandige koolstofnanobuizen.

Meerwandige koolstofnanobuizen hebben mesoporiën, die op de interface tussen elektrode en elektrolyt een gemakkelijke toegang van ionen mogelijk maken. Naarmate de poriëngrootte de afmeting van de ionensolvatieschil nadert, worden de oplosmiddelmoleculen gedeeltelijk afgestript, hetgeen resulteert in een grotere ionenpakkingsdichtheid en wordt de faradaïsch vermogensdichtheid verhoogd. De aanzienlijke volumeverandering tijdens herhaalde intercalatie (reversibele insluiting of insertie van een ion) en uitputting vermindert echter hun mechanische stabiliteit.

Elektroden voor pseudocondensatoren

Pseudocondensatoren hebben elektroden gemaakt van metaaloxiden, die tot de overgangsmetalen behoren, of van geleidende polymeren en hebben een zeer groot aandeel Faraday-pseudocapaciteit in de totale capaciteit. MnO₂ en RuO₂ zijn typische materialen die worden gebruikt als elektroden voor deze supercondensatoren, omdat ze de elektrochemische eigenschappen hebben van een capacitieve elektrode (lineaire afhankelijkheid van stroom versus spanningskromme) en Faradiaansgedrag vertonen. Bovendien is de ladingopslag afkomstig van elektronenoverdrachtmechanismen in plaats van accumulatie van ionen in de elektrochemische dubbellaag. Pseudocapaciteiten worden verkregen door Faradese redoxreacties, die plaatsvinden binnen de actieve elektrodematerialen. Meer onderzoek is gericht op overgangsmetaaloxiden zoals MnO₂, omdat overgangsmetaaloxiden lagere kosten hebben in vergelijking met edelmetaaloxiden zoals RuO₂. Bovendien zijn de ladingopslagmechanismen van overgangsmetaaloxiden voornamelijk gebaseerd op pseudocapaciteit. Twee mogelijke mechanismen van MnO₂ ladingsopslaggedrag worden verondersteld:

• Het eerste mechanisme impliceert de intercalatie van protonen (H⁺) of alkalimetaalkationen (C⁺) in het grootste deel van het materiaal na reductie gevolgd door deïntercalatie na oxidatie.

MnO₂ + H⁺(C⁺) +e⁻ ⇌ MnOOH(C)

• Het tweede mechanisme is gebaseerd op de oppervlakte-adsorptie van elektrolytkationen op MnO₂.

(MnO₂)_oppervlak + C⁺+e⁻ ⇌ (MnO₂⁻C⁺)_oppervlak

Niet elk materiaal dat faradiaansgedrag vertoont, kan worden gebruikt als een elektrode voor pseudocapaciteiten, zoals Ni(OH)₂, omdat het een elektrode van het batterijtype is met niet-lineaire afhankelijkheid van stroom versus spanningskromme.

• Metaaloxiden van metalen, die tot de overgangsmetalen behoren, hebben de elektrochemische eigenschappen van een capacitieve elektrode en vertonen Faradiaansgedrag. Bovendien is de ladingopslag afkomstig van elektronenoverdrachtmechanismen in plaats van accumulatie van ionen in de elektrochemische dubbellaag.

In Brian Evans Conway's onderzoek worden elektroden van overgangsmetaaloxiden beschreven, die grote hoeveelheden pseudocapaciteit vertoonden. Oxiden van overgangsmetalen, waaronder ruthenium (RuO₂), iridium (IrO₂), ijzer Fe₃O₄), mangaan (MnO₂) of sulfiden zoals titaniumsulfide (TiS₂) alleen of in combinatie genereren sterke faradaïsche elektronenoverdragende reacties in combinatie met een lage weerstand. Het rutheniumdioxide in combinatie met H₂SO₄ elektrolyt geeft een specifieke capaciteit van 720 F/g en een hoge energiedichtheid van 26,7 Wh/kg (96,12 kJ/kg).

Opladen/ontladen vindt plaats met ongeveer 1,2 Volt per elektrode. De pseudocapaciteit van ongeveer 720 F/g is ongeveer 100 keer hoger dan die van de dubbellaagcapaciteit bij actieve koolstofelektroden. Deze overgangsmetaalelektroden bieden uitstekende omkeerbaarheid met verscheidene honderdduizende oplaad/ontlaad cycli. Ruthenium is echter duur en de 2,4 V voor deze condensator beperkt hun toepassingen tot militaire en ruimtetoepassingen. Das et al. rapporteerden de hoogste capaciteitswaarde (1715 F/g) voor een op rutheniumoxide gebaseerde supercondensator met elektrisch afgezet rutheniumoxide op poreuze enkelwandige koolstofnanobuisjes. De specifieke capaciteit van 1715 F/g benadert dicht de voorspelde theoretische maximale RuO₂ capaciteit van 2000 F/g.

In 2014 leverde een RuO₂ supercondensator met een grafeenschuim-elektrode een specifieke capaciteit van 502,78 F/g en een oppervlaktecapaciteit van 1,11 F/cm²), wat een energiedichtheid gaf van 39,28 Wh/kg en een vermogensdichtheid van 128,01 kW/kg over 8000 cycli met constante prestaties. De supercondensator bestond uit een driedimensionale (3D) sub-5 nm waterig ruthenium afgezet op grafeen- en koolstofnanobuishybride- schuim (RGM). Het grafeenschuim werd bedekt met hybride netwerken van RuO₂ nanodeeltjes en vastgezet op koolstofnanobuizen.

• Geleidende polymeren worden op elektroden gebruikt als pseudocapacitiefmateriaal. Hoewel mechanisch zwak, hebben geleidende polymeren een hoge soortelijke geleidbaarheid, wat resulteert in een lage verliesweerstand en een relatief hoge capaciteit. Dergelijke geleidende polymeren zijn polyaniline, polythiofeen, polypyrrool en polyacetyleen. Bij dergelijke elektroden wordt ook gebruik gemaakt van elektrochemische dotering of dedotering van de polymeren met anionen en kationen. Elektroden gemaakt van of gecoat met geleidende polymeren kosten evenveel als koolstofelektroden.

Geleidende polymeerelektroden hebben over het algemeen te kampen met een beperkte cyclusstabiliteit. Hoewel polyaceen-elektroden maximaal 10.000 cycli bieden, zijn ze veel beter dan batterijen.

Elektroden voor hybride condensatoren

Alle commerciële hybride supercondensatoren zijn asymmetrisch. Ze combineren een elektrode met een grote hoeveelheid pseudocapaciteit met een elektrode met een grote hoeveelheid dubbellaagcapaciteit. In dergelijke systemen levert de Faradaïsche pseudocapaciteits-elektrode met hun hogere capaciteit een hoge energiedichtheid, terwijl de niet Faradaïsche dubbellaagcondensator elektrode een hoog vermogensdichtheid mogelijk maakt. Een voordeel van de supercondensatoren van het hybride type in vergelijking met symmetrische dubbellaagcondensatoren is hun hogere specifieke capaciteitswaarde evenals hun hogere nominale spanning en overeenkomstig hun hogere energiedichtheid.

• Composietelektroden voor supercondensatoren van het hybride type zijn gemaakt uit materiaal op koolstofbasis met daarin opgenomen of afgezette pseudocapacitief actieve materialen zoals metaaloxiden en geleidende polymeren. Vanaf 2013 gebeurt het meeste onderzoek aan supercondensatoren met composietelektroden.

Opgeladen lithium-ion-condensator met de lithiumatomen tussen de koolstoflagen

Koolstofnanobuizen geven de basis voor een homogene verdeling van metaaloxide of elektrisch geleidende polymeren, waardoor een goede pseudocapaciteit en een goede dubbellaagscapaciteit wordt verkregen. Deze elektroden hebben hogere capaciteiten dan wel elektroden met zuivere koolstof, zuivere metaaloxide of met een polymeer. Dit wordt toegeschreven aan de toegankelijkheid van de door elkaar liggende nanobuizen, die een uniforme coating van pseudocapacitieve materialen en een driedimensionale ladingsverdeling mogelijk maakt. Het proces om pseudocapacitieve materialen af te zetten, maakt meestal gebruik van een hydrothermisch proces. Li et al., van de Universiteit van Delaware vonden echter een gemakkelijke en schaalbare manier om MnO₂ neer te slaan op een enkelwandige nanobuis voor het maken van een op een organisch elektrolyt gebaseerde supercondensator.

Een andere manier om koolstofnanobuis-elektroden te verbeteren is door ze te doteren met een pseudocapacitieve doteerstof zoals in lithium-ion-condensatoren. In dit geval gaan de relatief kleine lithiumatomen tussen de koolstoflagen zitten. De anode is gemaakt van met lithium gedoteerde koolstof, die een lager negatief potentiaal mogelijk maakt en een kathode van actieve kool. Dit resulteert in een grotere spanning van 3,8-4 V die oxidatie van het elektrolyt voorkomt. Vanaf 2007 is er een capaciteit bereikt van 550 F/g. en een energiedichtheid tot 14 Wh/kg (50,4 kJ/kg).

• Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) nanocrystal electrode is een nanokristallijne composiet. Oplaadbare elektroden voor nieuwe accumulatoren beïnvloedden de ontwikkeling van elektroden voor nieuwe supercondensatorelektroden van het hybride type zoals die voor lithium-ion-condensatoren met lithium gedoteerde elektroden. De nieuwe supercondensator wordt een nanohybride genoemd. Samen met een koolstofelektrode in een asymmetrische constructie biedt deze configuratie een hogere energiedichtheid, een hogere vermogensdichtheid, een langere levensduur en sneller op- en ontladen dan typische dubbellaagcondensatoren. Deze nanohybride condensator heeft een zeer hoge blijvende capaciteit van 80 mAh/g bij een extreem hoge ontlaadstroom van 1200 C (C-factor). Dit betekent dat de condensator in 3 seconden met zijn maximale stroom ontladen en opgeladen kan worden.

Elektrolyten

Schema van een dubbellaag. De Sternlaag is een combinatie van de Helmholzdubbellaag en de Gouy-Chapmandubbellaag.

Electrolyten bestaan uit een oplosmiddel en opgeloste chemicaliën die dissociëren in positieve kationen en negatieve anionen, waardoor de elektrolyt elektrisch geleidend wordt. Hoe meer ionen de elektrolyt bevat, hoe beter de geleidbaarheid. In supercondensatoren zijn elektrolyten de elektrisch geleidende verbinding tussen de twee elektroden. Bovendien levert de elektrolyt in supercondensatoren de moleculen voor de scheidende monolaag in de Helmholtz-dubbellaag en levert de ionen voor de pseudocapaciteit.

De elektrolyt bepaalt de karakteristieken van de condensator: de bedrijfsspanning, het temperatuurbereik, de interne AC-weerstand (ESR) en de capaciteit. Met dezelfde actieve koolstofelektrode bereikt een waterig elektrolyt capaciteitswaarden van 160 F/g, terwijl een elektrolyt met een organisch oplosmiddel slechts 100 F/g bereikt.

De elektrolyt moet chemisch inert zijn en de andere materialen in de condensator chemisch niet aantasten om een langdurig stabiel gedrag van de elektrische eigenschappen van de condensator te garanderen. De viscositeit van de elektrolyt moet laag genoeg zijn om de poreuze, sponsachtige structuur van de elektroden te kunnen bevochtigen. Een ideale elektrolyt bestaat niet. Het blijft een compromis tussen de prestaties en de andere vereisten.

• Bij een waterig elektrolyt bestaat het oplosmiddel uit water. In water lossen anorganische stoffen gemakkelijk op. Water met daarin zuren zoals zwavelzuur H₂SO₄), basen zoals kaliumhydroxide (KOH) of zouten zoals quaternair fosfoniumzout, natriumperchloraat (NaClO₄), lithiumperchloraat (LiClO₄) of lithiumhexafluoride-arsenaat (LiAsF₆) heeft een relatief hoge geleidbaarheid van ongeveer 100 tot 1000 mS/cm. Waterige elektrolyten hebben een dissociatiespanning van 1,15 V per elektrode (2,3 V condensatorspanning) en een relatief laag bedrijfstemperatuur bereik. Ze worden gebruikt in supercondensatoren met een lage energiedichtheid en een hoge vermogensdichtheid.

• Bij een organisch elektrolyt bestaat het oplosmiddel uit organische oplosmiddelen zoals acetonitril, propyleencarbonaat, tetrahydrofuraan, di-ethylcarbonaat, gamma-butyrolacton en uit quaternair ammoniumzouten of alkylammoniumzouten zoals tetraethylammonium, tetrafluorboraat (N(Et)₃BF₄, (Et=ethyl))) of triethyl-(methyl)-tetrafluoroboraat NMe(Et)₃BF₄) zijn duurder dan waterige elektrolyten, maar ze hebben een hogere dissociatiespanning van typisch 1,35 V per elektrode (2,7 V condensatorspanning) en een hoger temperatuurbereik. De lagere elektrische geleidbaarheid van organische oplosmiddelen (10 tot 60 mS/cm) leidt tot een lagere vermogensdichtheid, maar omdat de energiedichtheid toeneemt met het kwadraat van de spanning, een hogere energiedichtheid.

• Verschillende alternatieve elektrolyten worden onderzocht die een groter spanningsbereik mogelijk maken en zo de energiedichtheid van de supercondensator vergroten. Ionische vloeistof, supergeconcentreerde elektrolyten en geleidende polymeren zijn de belangrijkste stoffen van onderzoek.

Collectoren en behuizing

De collectoren verbinden de elektroden met de aansluitingen op de condensator. De collector wordt op de elektrode gespoten of is een metaalfolie. Ze moeten piekstromen van maximaal 100 A aankunnen.

Als de behuizing is gemaakt van een metaal (meestal van aluminium), moeten de collectoren van hetzelfde materiaal zijn gemaakt om te voorkomen dat ze een corrosieve galvanische cel vormen.

Separatoren (diëlektrica)

Separatoren (diëlektrica) moeten de twee elektroden fysiek scheiden om een kortsluiting door direct contact te voorkomen. De separator kan heel dun zijn (enkele honderdsten millimeters) en moet erg poreus zijn voor de geleidende ionen om de interne AC-weerstand (ESR) zo klein mogelijk te laten zijn. Bovendien moeten separatoren chemisch inert zijn ter bescherming van de stabiliteit en geleidbaarheid van de elektrolyt. Goedkope supercondensatoren gebruiken open condensatorpapier. Meer geavanceerde supercondensatoren maken gebruik van vlies, poreuze polymeerfilms zoals acrylvezel of Kapton (poly-oxydiphenylene-pyromellitimide), geweven glasvezels of poreuze, geweven, keramische vezels. Ook lucht, mica, bariumtitanaat, glas, aluminiumoxide en tantaaloxide woren als separator gebruikt.

Elektrische parameters

Capaciteit

Schematische weergave van het capaciteitsgedrag als gevolg van de poreuze structuur van de elektroden

Gelijkwaardig circuit met trapsgewijze RC-elementen

Frequentie afhankelijk van de capaciteitswaarde van een 50 F supercapacitor

Capaciteitswaarden voor commerciële condensatoren worden opgegeven als "nominale capaciteit C_R". Dit is de waarde waarvoor de condensator is ontworpen. De waarde voor een daadwerkelijk onderdeel moet binnen de grenzen liggen die wordt opgegeven met de opgegeven tolerantie. Typische waarden liggen in het bereik van farads (F), drie tot zes ordes van grootte keer groter dan die van elektrolytische condensatoren.

De capaciteitswaarde is het resultaat van de energie $W$ (uitgedrukt in Joule) van een geladen condensator die is geladen via een gelijkspanning V_DC.

$W={\frac {1}{2}}\cdot C_{\text{DC}}\cdot V_{\text{DC}}^{2}$

Deze waarde wordt ook wel de DC-capaciteit genoemd.

• Doormeten

Conventionele condensatoren worden normaal doorgemeten met een kleine wisselspanning (0,5 V) en een frequentie van 100 Hz of 1 kHz, afhankelijk van het type condensator. De AC-capaciteitsmeting biedt snelle resultaten, belangrijk voor industriële productielijnen. De capaciteitswaarde van een supercondensator hangt sterk af van de meetfrequentie, die gerelateerd is aan de poreuze elektrodestructuur en de beperkte ionenmobiliteit in de elektrolyt. Zelfs bij een lage frequentie van 10 Hz, daalt de gemeten capaciteitswaarde van 100 tot 20 procent van de gelijkstroom-capaciteitswaarde.

Deze buitengewoon sterke frequentieafhankelijkheid kan worden verklaard door de verschillende afstanden die de ionen in de poriën van de elektrode moeten bewegen. Het gebied aan het begin van de poriën is gemakkelijk toegankelijk voor de ionen. De korte afstand gaat gepaard met een lage elektrische weerstand. Hoe groter de afstand die de ionen moeten overbruggen, hoe hoger de weerstand. Dit fenomeen kan worden beschreven met een serieschakeling van trapsgewijze RC (weerstand/condensator) elementen met seriële RC tijdconstanten. Deze resulteren in een vertraagde stroomsterkte, waardoor het totale elektrodeoppervlak dat kan worden bedekt met ionen wordt verminderd als de polariteit verandert - de capaciteit neemt af met de toenemende wisselstroomfrequentie. Dus de totale capaciteit wordt pas bereikt na langere meettijden.

Illustratie van de meetvoorwaarden voor het meten van de capaciteit van supercondensatoren

Vanwege van de zeer sterke frequentieafhankelijkheid van de capaciteit moet deze elektrische parameter worden gemeten met een speciale constante stroomlading en ontlading, gedefinieerd in de IEC-normen 62391-1 en -2.

De meting start met het opladen van de condensator. De spanning moet er worden opgezet en nadat de constante stroom/constante stroomsterkte de nominale spanning heeft bereikt, moet de condensator gedurende 30 minuten worden opgeladen. Vervolgens moet de condensator worden ontladen met een constante ontlaadstroom I_ontlading. Dan de tijd t₁ en t₂, die modig is voor het laten dalen van de spanning van 80% (V₁) naar 40% (V₂) van de nominale spanning wordt gemeten. De capaciteitswaarde wordt berekend als:

$C_{\text{total}}=I_{\text{discharge}}\cdot {\frac {t_{2}-t_{1}}{V_{1}-V_{2}}}$

De waarde van de ontlaadstroom hangt af van waarvoor de supercondensator wordt gebruikt. De IEC-standaard definieert vier klassen:

1. Geheugenback-up, ontlaadstroom in mA = 1 • C (F)
2. Energieopslag, ontlaadstroom in mA = 0,4 • C (F) • V (V)
3. Vermogen, ontlaadstroom in mA = 4 • C (F) • V (V)
4. Momentane vermogen, ontlaadstroom in mA = 40 • C (F) • V (V)

• Capaciteit en gevoeligheid voor de bedrijfsspanning en temperatuur

Gemeten capaciteit tegenover een bedrijfsspanning van een dubbellaagcondensator

De eigenschappen van een supercondensator, zoals de initiële weerstand van de capaciteit en de weerstand in stabiele toestand, zijn niet constant, maar zijn variabel en afhankelijk van de bedrijfsspanning van de supercondensator. De capaciteit van de supercondensator zal een meetbare toename hebben naarmate de bedrijfsspanning toeneemt. Bijvoorbeeld: een 100F-supercondensator kan 26% afwijken van zijn maximale capaciteit over het gehele operationele spanningsbereik. Eenzelfde afhankelijkheid van de bedrijfsspanning treedt in de weerstand in rusttoestand op (R _ss) en in de beginweerstand (R_i).

Supercondensatoreigenschappen zijn ook afhankelijk van de supercondensatortemperatuur. Naarmate de temperatuur van de supercondensator verandert door zijn werking of door de omgevingstemperaturen zullen ook de interne eigenschappen, zoals capaciteit en weerstand veranderen. Zo neemt de capaciteit van de supercondensator toe naarmate de bedrijfstemperatuur toeneemt.

• Capaciteitsverdeling

De twee elektroden vormen twee aparte in serie geschakelde condensatoren C₁ en C₂. De totale capaciteit C_totaal is af te leiden met de formule

$C_{\text{totaal}}={\frac {C_{1}\cdot C_{2}}{C_{1}+C_{2}}}$

Supercondensatoren hebben symmetrische of asymmetrische elektroden. Bij symmetrische elektroden hebben beide elektroden dezelfde capaciteit, hetgeen een totale capaciteit geeft van de helft van elke elektrode (als C₁=C₂, dan is C_totaal=½C₁). Bij asymmetrisch condensatoren is de totale capaciteit die van de elektrode met de kleinste capaciteit (als C₁ >> C₂, dan is C_totaal≈C₂).

Bedrijfsspanning

Een supercondensator van 5,5 volt is opgebouwd uit twee afzonderlijke cellen, elk geschat op tenminste 2,75 volt, in serieschakeling

Supercondensatoren zijn laagspanningscomponenten. Voor een veilige werking moet de spanning binnen de gespecificeerde limieten blijven. De nominale spanning U_R is de maximale gelijkspanning of piekpulsspanning die continu kan worden toegepast en binnen het gespecificeerde temperatuurbereik blijft. Condensatoren mogen nooit worden blootgesteld aan spanningen die continu hoger zijn dan de nominale spanning.

De nominale spanning omvat een veiligheidsmarge tegen de doorslagspanning van de elektrolyt. Dat is de spanning waarbij de elektrolyt ontleedt. De doorslagspanning ontleedt de scheidende oplosmiddelmoleculen in de Helmholtz-dubbellaag, water splitst zich dan in waterstof en zuurstof. De oplosmiddelmoleculen kunnen dan de elektrische ladingen niet van elkaar scheiden. Hogere spanningen dan de nominale spanning veroorzaken waterstofgasvorming of kortsluiting.

Standaard supercondensatoren met een waterig elektrolyt worden normaal gespecificeerd met een nominale spanning van 2,1 tot 2,3 V en die met organische oplosmiddelen met 2,5 tot 2,7 V. een lithium-ion-condensator met gedoteerde elektroden kan een nominale spanning van 3,8 tot 4 V bereiken en een lagere spanningslimiet van ongeveer 2,2 V hebben.

Het gebruik van supercondensatoren onder de nominale spanning verbetert het gedrag van de elektrische parameters op lange termijn. Capaciteitswaarden en interne AC-weerstand (ESR) van de laad- en ontlaadcycli zijn stabieler, waardoor het aantal laad- en ontlaadcycli kan worden verhoogd.

Voor het verkrijgen van hogere gebruiksspanningen moeten de cellen in serie geschakeld worden. Aangezien elke cel een klein verschil in capaciteitswaarde en interne AC-weerstand (ESR) heeft, is het noodzakelijk om deze actief of passief in evenwicht te brengen voor het stabiliseren van de spanning. Passieve balancering maakt gebruik van met de supercondensator parallel geschakelde weerstanden. Actief balanceren kan een elektronisch spanningsbeheer omvatten, die de stroom binnen de drempelwaarden houdt.

Interne DC-weerstand

De interne gelijkstroomweerstand kan worden berekend uit de spanningsval, die wordt verkregen op het snijpunt van de met een hulplijn verlengde schuine spanningslijn en de verticale lijn vanaf de tijd-as op het moment dat de ontlading begint.

Het laden/ontladen van een supercondensator is verbonden met de beweging van ladingsdragers (ionen) in de elektrolyt over de separator (diëlektricum) naar de elektroden en in hun poreuze structuur. Verliezen treden op tijdens deze beweging die kan worden gemeten als de interne gelijkstroomweerstand.

Met het elektrische model van getrapte, in serie geschakelde RC (weerstand/condensator) elementen in de elektrode poriën, neemt de interne DC-weerstand toe met de toenemende penetratiediepte van de ladingsdragers in de poriën. De interne DC-weerstand is tijdsafhankelijk en neemt toe tijdens laden/ontladen. In toepassingen is vaak alleen het inschakel- en uitschakelbereik interessant. De interne DC-weerstand R_i kan worden berekend uit de spanningsval ΔV₂ op het tijdstip van ontlading, beginnend met een constante ontladingsstroom I_ontlading. Deze wordt verkregen op het snijpunt van de met een hulplijn verlengde schuine spanningslijn en de verticale lijn vanaf de tijd-as op het moment dat de ontlading begint. De weerstand kan worden berekend door:

$R_{\text{i}}={\frac {\Delta V_{2}}{I_{\text{ontlading}}}}$

De ontlaadstroom I_ontlading voor het meten van de interne DC-weerstand kan worden afgeleid van de classificatie volgens IEC 62391-1.

Deze interne DC-weerstand R_i moet niet worden verward met de interne AC-weerstand die de equivalente serieweerstand (ESR) wordt genoemd en normaal gesproken gespecificeerd wordt voor condensatoren. Het wordt gemeten op 1 kHz. De ESR is veel kleiner dan de DC-weerstand. De ESR is niet relevant voor het berekenen van de inschakelstromen of andere piekstromen van de supercondensator.

R_i bepaalt de verschillende supercondensator-eigenschappen. Het beperkt de laad- en ontlaadpiekstromen en laad-/ontlaadtijden. R_i en de capaciteit C resulteert in de tijdconstante $\tau$

$\tau =R_{\text{i}}\cdot C$

Deze tijdconstante bepaalt de laad-/ontlaadtijd. Een 100 F-condensator met een interne DC-weerstand van bijvoorbeeld 30 mΩ heeft een tijdconstante van 0,03 × 100 = 3 s. Na 3 seconden opladen met een stroom, die alleen wordt beperkt door de interne DC-weerstand, is de condensator voor 63,2% opgeladen (of is ontladen tot 36,8%).

Standaardsupercondensatoren met constante interne DC-weerstand worden volledig opgeladen na ongeveer 5τ. Aangezien de interne DC-weerstand toeneemt met de lading/ontlading, kunnen de werkelijke tijden niet worden berekend met deze formule. De laad-/ontlaadtijd hangt af van de specifieke constructiedetails.

Stroombelasting en cyclusstabiliteit

Omdat supercondensatoren werken zonder chemische bindingen te vormen, worden stroombelastingen, inclusief lading, ontlading en piekstromen niet beperkt door de reactiebeperkingen. De huidige belasting- en cyclusstabiliteit kan veel hoger zijn dan die bij oplaadbare batterijen. Stroombelastingen worden alleen beperkt door de interne DC-weerstand, die aanzienlijk lager kan zijn dan die voor batterijen.

De interne weerstand "R_i" en laad-/ontlaadstromen of piekstromen "I" genereren interne warmteverliezen "P_verlies" volgens:

$P_{\text{verlies}}=R_{\text{i}}\cdot I^{2}$

De vrijkomende warmte moet naar de omgeving worden afgevoerd om de bedrijfstemperaturen onder de opgegeven maximumtemperatuur te houden.

Warmte bepaalt over het algemeen de levensduur van de condensator vanwege elektrolytische diffusie. De warmte afkomstig van de stroombelastingen moet kleiner zijn dan 5 tot 10 K bij de maximale omgevingstemperatuur, waardoor ze slechts een geringe invloed heeft op de verwachte levensduur. De opgegeven laad- en ontlaadstromen voor frequent laden/ontladen worden hoofdzakelijk bepaald door de interne DC-weerstand.

De opgegeven cyclusparameters onder maximale omstandigheden omvatten de laad- en ontlaadstroom, pulsduur en frequentie. Ze zijn gespecificeerd voor een bepaald temperatuurbereik en over het volledige spanningsbereik gedurende een bepaalde levensduur. Afhankelijk van de combinatie van elektrodeporeusheid, poriëngrootte en elektrolyt kunnen ze enorm verschillen,. Over het algemeen verhoogt een lagere stroombelasting de levensduur van de supercondensator en het aantal cycli. Een lagere stroombelasting kan worden bereikt door een lager spanningsbereik of door langzamer op te laden en te ontladen.

Supercondensatoren, behalve die met polymeerelektroden, kunnen mogelijk meer dan één miljoen keer opgeladen/ontladen worden zonder aanzienlijke achteruitgang van de capaciteit of interne weerstandsverhogingen. Naast de hogere stroombelasting is dit het tweede grote voordeel van supercondensatoren ten opzichte van batterijen. De stabiliteit is het gevolg van zowel de elektrostatische als de elektrochemische opslag.

De opgegeven laad- en ontlaadstromen kunnen aanzienlijk worden overschreden door de frequentie te verlagen of door een enkele puls. Warmte die wordt gegenereerd door een enkele puls kan zo worden gespreid over de tijd totdat de volgende puls optreedt. Hierdoor treedt een relatief kleine gemiddelde warmtetoename op. Een dergelijke "piekvermogenstroom" voor vermogenstoepassingen voor supercondensatoren van meer dan 1000 F kan een maximale piekstroom van ongeveer 1000 A leveren. Dergelijke hoge stromen genereren hoge thermische spanningen en hoge elektromagnetische krachten die de verbindong tussen de elektrode en de collector kunnen beschadigen en vereisen daarom een robuust ontwerp van de supercondensatorconstructie.

Energiedichtheid en vermogensdichtheid

De energiedichtheid van een supercondensator is de hoeveelheid energie die per massa-eenheid kan worden opgeslagen. De energiedichtheid wordt gravimetrisch gemeten en per eenheid van massa in wattuur per kilogram (Wh/kg) uitgedrukt of volumetrisch gemeten in volumetrische energiedichtheid en in Wh/cm³ of Wh/l uitgedrukt.

Prestatievergelijking
(orde van grootte)

	Brandstofcel	Oplaadbare batterij	Loodaccu	Supercondensator	Elektrolytische condensator
Vermogensdichtheid (W/kg)	120	150	75	1.000 - 5.000	100.000
Energiedichtheid (Wh/kg)	150 - 1500	50 -1500	30	4 - 6	0,1

• Onderzoekers hebben een supercondensator met een koolstofaerogelektrode gemaakt met een specifiekvermogen van 20 000 W/kg en een energiedichtheid (specifieke energie) van 90 Wh/kg.
• Ter vergelijking: benzine heeft een energiedichtheid van 44,4 MJ/kg of 12.300 Wh/kg (bij voortstuwing van het voertuig moet het rendement van de energieomzettingen in aanmerking worden genomen, resulterend in 3.700 Wh/kg met een gemiddelde efficiëntie van de verbrandingsmotor van 30%.

Hoewel de energiedichtheid van supercondensatoren onvoldoende is in vergelijking met batterijen, hebben supercondensatoren het belangrijke voordeel van de vermogensdichtheid. De vermogensdichtheid beschrijft de snelheid waarmee energie kan worden toegevoerd aan/geabsorbeerd door belasting. Het maximale vermogen wordt gegeven door de formule:

$P_{\text{max}}={\frac {1}{4}}\cdot {\frac {V^{2}}{R_{i}}}$

met V = aangelegde spanning en R_i, de interne DC-weerstand van de condensator.

Het beschreven maximale vermogen P_max specificeert het vermogen van een theoretische rechthoekige enkele maximale stroompiek van een gegeven spanning. In echte circuits is de stroompiek niet rechthoekig en is de spanning kleiner, veroorzaakt door de spanningsval. IEC 62391-2 heeft een meer realistisch effectief vermogen P_eff vastgesteld voor supercondensatoren voor stroomtoepassingen:

$P_{\text{eff}}={\frac {1}{8}}\cdot {\frac {V^{2}}{R_{i}}}$

Levensduur

De levensduur van supercondensatoren hangt voornamelijk af van de condensatortemperatuur en de toegepaste spanning

Omdat supercondensatoren niet afhankelijk zijn van chemische veranderingen in de elektroden (behalve die met polymeerelektroden), hangt de levensduur meestal af van de verdampingssnelheid van de vloeibare elektrolyt. Deze verdamping is in het algemeen afhankelijk van de temperatuur, stroombelasting, huidige cyclusfrequentie en spanning. De stroombelasting- en cyclusfrequentie genereren interne warmte, zodat de verdampingsbepalende temperatuur de som is van de omgevings- en interne warmte. Deze temperatuur wordt gemeten in de kern van een condensator. Hoe hoger de kerntemperatuur, hoe sneller de verdamping en hoe korter de levensduur.

Verdamping resulteert in het algemeen in een afnemende capaciteit en een toenemende inwendige DC-weerstand. Volgens IEC/EN 62391-2 worden capaciteitsverminderingen van meer dan 30% of interne DC-weerstand die vier keer hoger ligt dan de opgegeven specificaties, beschouwd als "slijtage storingen", wat betekent dat het onderdeel het einde van zijn levensduur heeft bereikt. De condensatoren zijn nog wel bruikbaar, maar met beperkte mogelijkheden. Of de afwijking van de parameters van invloed is op een goede werking hangt niet af van de toepassing van de condensator. Dergelijke grote veranderingen van elektrische parameters die zijn gespecificeerd in IEC/EN 62391-2 zijn meestal onaanvaardbaar voor toepassingen met een hoge stroombelasting. Componenten die hoge stroombelastingen ondersteunen, gebruiken veel kleinere limieten, bijvoorbeeld 20% verlies van capaciteit of verdubbeling van de interne weerstand. De beperktere definitie volgens IEC/EN 62391-2 is belangrijk voor dergelijke toepassingen, aangezien warmte lineair toeneemt met de toenemende inwendige DC-weerstand en de maximale temperatuur niet mag worden overschreden. Temperaturen hoger dan opgegeven kunnen er voor zorgen dat de condensator niet meer werkt.

De werkelijke levensduur van supercondensatoren, ook wel "technische levensduur", "levensverwachting" of "levensduur van de belasting" genoemd, kan bij kamertemperatuur 10 tot 15 jaar of langer bedragen. Dergelijke lange perioden kunnen niet door de fabrikanten worden getest. Daarom specificeren ze de verwachte levensduur van de condensator bij de maximale temperatuur en spanning. De resultaten worden gespecificeerd in gegevensbladen met behulp van de notatie "geteste tijd (uren)/max. Temperatuur (°C)", zoals "5000 uren bij 65 °C". Met deze waarden, die zijn afgeleid uit historische gegevens, kunnen levensverwachtingen worden geschat voor omstandigheden bij lagere temperaturen.

De levensduurspecificatie in gegevensbladen is getest door de fabrikanten met behulp van een versnelde verouderingstest genaamd "vermoeidheidstest" met maximale temperatuur en spanning gedurende een bepaalde tijd. Voor een "nuldefect" productbeleid tijdens deze test mag er geen slijtage of totale uitval optreden. Deze levensduurspecificatie kan worden gebruikt om de verwachte levensduur voor een bepaald ontwerp in te schatten. De schattingen bij de "10-graden-regel", die wordt gebruikt voorelektrolytische condensatoren met vloeibare elektrolyt, kan ook worden gebruikt voor supercondensatoren. Deze regel maakt gebruik van de vergelijking van Arrhenius, een eenvoudige formule voor de temperatuurafhankelijkheid van reactiesnelheden. Voor elke verlaging van de bedrijfstemperatuur met 10 °C, verdubbelt de geschatte levensduur.

$L_{x}=L_{0}\cdot 2^{\frac {T_{0}-T_{x}}{10}}$

Met

• L _x = te berekende levensduur
• L ₀ = opgegeven levensduurspecificatie
• T ₀ = bovenste gespecificeerde condensatortemperatuur
• T _x = bedrijfstemperatuur van de condensatorcel

Berekend met deze formule hebben condensatoren gespecificeerd met 5000 uur bij 65 °C een geschatte levensduur van 20.000 uur bij 45 °C.

De levensduur is ook afhankelijk van de bedrijfsspanning, omdat de ontwikkeling van gas in de vloeibare elektrolyt afhankelijk is van de spanning. Hoe lager de spanning, hoe kleiner de gasontwikkeling en hoe langer de levensduur. Er bestaat echter geen algemene geldende formule voor het berekenen van de levensduur van de supercondensator bij een bepaalde spanning. De spanningsafhankelijke curven weergegeven in de afbeelding zijn een empirisch resultaat van één fabrikant.

De levensverwachting voor krachttoepassingen kan ook worden beperkt door de stroombelasting of het aantal cycli. Deze beperking van de stroombelasting of het aantal cycli moet worden opgegeven door de relevante fabrikant en is sterk afhankelijk van het type supercondensator.

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.[81] Die Selbstentladungsrate ist also höher als die von Akkumulatoren und schränkt im Vergleich damit die Anwendungsgebiete ein.

Zelfontlading

Het opslaan van elektrische energie in de Helmholtz-dubbellaag scheidt de ladingsdragers van elkaar op de afstanden die de moleculen van elkaar liggen. Over deze korte afstand kunnen onregelmatigheden voorkomen, wat leidt tot een kleine uitwisseling van ladingsdragers en geleidelijke ontlading. Deze zelfontlading wordt lekstroom genoemd. De lekkage is afhankelijk van de capaciteit, spanning, temperatuur en de chemische stabiliteit van de combinatie elektrode/elektrolyt. Bij kamertemperatuur is de lekkage zo laag dat deze wordt gespecificeerd door de zelfontladingstijd. Deze wordt uitgedrukt in uren, dagen of weken. Zo gaat bijvoorbeeld van een 5,5 V/F Panasonic 'Goldcapacitor' (dubbele celcondensator) de spanningsverlaging bij 20 °C van 5,5 V naar 3 V in 600 uur of 25 dagen.

Spanningsvermindering na opladen

Grafische weergave van het verloop van de spanning na het opladen.

Het blijkt, dat nadat de elektrostatische dubbellaagsupercondensator opgeladen of ontladen is, de spanning in de loop van de tijd afneemt naar het vorige spanningsniveau. De waargenomen spanningsvermindering kan zich over meerdere uren uitstrekken en is waarschijnlijk te wijten aan lange diffusie-tijdconstanten van de poreuze elektroden in de dubbellaagsupercondensator.

Polariteit

Een negatieve balk op de isolatiemantel duidt de kathode-aansluiting van de condensator aan

Omdat de positieve en negatieve elektroden van symmetrische supercondensatoren ​​uit hetzelfde materiaal bestaan, hebben theoretisch gezien supercondensatoren geen echte polariteit en treedt een catastrofaal falen normaal niet op. Als een supercondensator echter omgekeerd opgeladen wordt, verlaagt dit de capaciteit. Het wordt daarom aanbevolen om de polariteit te handhaven zoals die tijdens de productie zijn ingesteld. Asymmetrische supercondensatoren zijn van nature polair.

Pseudocondensatoren en hybride supercondensatoren die elektrochemische ladingseigenschappen hebben, mogen niet met omgekeerde polariteit worden gebruikt, wat hun gebruik bij wiselstroom uitsluit. Deze beperking is echter niet van toepassing op de electrostatische dubbellaagsupercondensatoren

Een balk op de isolerende huls identificeert de negatieve pool in een gepolariseerde component.

In sommige literatuur worden de termen "anode" en "kathode" gebruikt in plaats van de negatieve elektrode en de positieve elektrode. Het gebruik van anodes en kathodes om de elektroden in supercondensatoren (en ook oplaadbare batterijen inclusief lithium-ion-batterijen) te beschrijven kan tot verwarring leiden, omdat de polariteit verandert afhankelijk van of een component als een generator of als een verbruiker van stroom wordt beschouwd. In de elektrochemie zijn kathode en anode respectievelijk gerelateerd aan reductie- en oxidatiereacties. In supercondensatoren op basis van elektrische dubbellaagcapaciteit is er echter geen oxidatie- en/of reductiereactie op een van de twee elektroden. Daarom zijn de concepten kathode en anode niet van toepassing.

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.[112] Das ist die:

Standaarden of normeringen

Indeling van supercondensatoren in klassen met betrekking tot IEC 62391-1, IEC 62567en BS EN 61881-3 normen. capacitance = capaciteit van klein naar groot, internal resistance = interne DC-weerstand van laag naar hoog.

Supercondensatoren verschillen dusdanig van elkaar, dat ze zelden uitwisselbaar zijn, vooral die met hogere energiedichtheid. Toepassingen variëren van lage tot hoge piekstromen, waarvoor voor de supercondensatoren gestandaardiseerde testprotocollen en meetvoorschriften vereist zijn.

Testspecificaties en parametervereisten worden beschreven in de generieke specificatie

• IEC/CEN]] 62391-1, Elektrische dubbellaagcondensatoren voor gebruik in elektronische apparatuur .

De standaard definieert vier toepassingsklassen, afhankelijk van de ontlaadstroomniveaus:

1. Geheugen back-up
2. Energieopslag, hoofdzakelijk gebruikt voor het aandrijven van motoren, vereist een korte werking,
3. Vermogenvraag, hogere stroombehoefte gedurende een langere bedrijfstijd,
4. Direct vermogen gedurende een korte bedrijfstijd voor toepassingen die relatief hoge stroomeenheden of piekstromen vereisen, variërend tot enkele honderden ampères.

Drie andere normen beschrijven speciale toepassingen. Voor supercondensatoren voor stroomtoepassingen van klasse 4 zijn de specifieke vereisten vastgelegd in een internationaal geharmoniseerde kaderspecificatie:

• IEC 62391-2, Vaste elektrische dubbellaagcondensatoren voor gebruik in elektronische apparatuur - Niet beschreven detailspecificatie - Elektrische dubbellaagcondensatoren voor krachttoepassing

Bovendien specificeren de twee volgende normen de speciale vereisten voor supercondensatoren voor gedefinieerde toepassingsgebieden:

• IEC 62576, Elektrische dubbellaagcondensatoren voor gebruik in hybride elektrische voertuigen. Testmethoden voor elektrische eigenschappen
• BS/EN 61881-3, Spoorwegtoepassingen. Rollend materieel. Condensatoren voor vermogenselektronica. Elektrische dubbellaagcondensatoren

In België worden de normeringen van het IEC uitgegeven door het Bureau voor Normalisatie (NBN), in Nederland is het Nederlands Normalisatie-instituut (NEN) daarvoor verantwoordelijk.

Geschiedenis

In de vroege jaren vijftig begonnen technici van General Electric te experimenteren met poreuze koolstofelektroden voor condensatoren met als voorbeeld de brandstofcellen en de oplaadbare batterijen. Actieve kool is een electrische condensator met een extreem poreuze "sponsachtige" vorm van koolstof en met een hoog specifiek oppervlak. In 1957 ontwikkelde H. Becker een "laagspanningselektrolytische condensator met poreuze koolstofelektroden". Hij geloofde dat de energie werd opgeslagen als een lading in de koolstofporiën zoals in de poriën van de geëtste folies van elektrolytische condensatoren. Omdat het dubbellaagmechanisme destijds niet bij hem bekend was, schreef hij in het patent: "Het is niet precies bekend wat er in het onderdeel plaatsvindt als het wordt gebruikt voor energieopslag, maar het leidt tot een extreem hoge capaciteit."

General Electric is met dit werk niet meteen verder gegaan. In 1966 ontwikkelden onderzoekers van Standard Oil of Ohio (SOHIO) een andere versie van de component als "opslagapparatuur voor elektrische energie", terwijl ze aan experimentele brandstofcel ontwerpen werkten. De aard van de elektrochemische energieopslag werd in dit octrooi niet beschreven. Zelfs in 1970 werd de elektrochemische condensator gepatenteerd door Donald L. Boos geregistreerd als een elektrolytische condensator met actieve koolelektroden.

Eerdere elektrochemische condensatoren gebruikten twee aluminiumfolies bedekt met actieve kool, de elektroden, die werden gedrenkt in een elektrolyt en gescheiden door een dunne poreuze isolator. Dit ontwerp gaf een condensator met een capaciteit in de orde van één farad, aanzienlijk hoger dan elektrolytische condensatoren van dezelfde afmetingen. Dit basale mechanische ontwerp is de basis van de meeste elektrochemische condensatoren gebleven.

SOHIO commercialiseerde hun uitvinding niet en gaf de technologie in licentie aan de NEC Corporation, die uiteindelijk de condensatoren in 1971 als "supercondensatoren" op de markt bracht voor het leveren van de stroom voor de back-up van het computergeheugen.

Bestand:Bockris Group At Imperical College, London 1947.png

De John Bockris-groep bij het Imperial College, London 1947. Dr. Brian Evans Conway zit op de voorste rij als tweede van rechts.

Tussen 1975 en 1980 voerde Brian Evans Conway uitgebreid fundamenteel- en ontwikkelingswerk uit aan rutheniumoxide elektrochemische condensatoren. In 1991 beschreef hij het verschil tussen "supercondensator" en "batterij" -gedrag in elektrochemische energieopslag. In 1999 bedacht hij de term supercapacitor om de verhoogde capaciteit te verklaren door redox-reacties op het oppervlak met faradaïsche ladingoverdracht tussen elektroden en ionen. Zijn "supercondensator" slaat de elektrische lading gedeeltelijk op in de Helmholtz-dubbellaag en gedeeltelijk als gevolg van faradaïsche reacties met "pseudocapaciteits"-ladingoverdracht van elektronen en protonen tussen elektrode en elektrolyt. De werkingsmechanismen van pseudocondensatoren bestaan uit redoxreacties, intercalatie en elektrosorptie (adsorptie aan een oppervlak). Met zijn onderzoek heeft Conway de kennis van elektrochemische condensatoren aanzienlijk uitgebreid.

De markt breidde langzaam uit, maar dat veranderde rond 1978 toen Panasonic zijn merk Goldcaps op de markt bracht. Dit product werd een succesvolle energiebron voor geheugen back-ups. De concurrentie begon pas jeren later toen in 1987 ELNA "Dynacap"s op de markt kwamen. De eerste generatie supercondensatoren had een relatief hoge interne AC-weerstand die de ontlaadstroom beperkte. Ze werden gebruikt voor toepassingen met een lage stroomsterkte, zoals het voorzien van elektrische stroom voor SRAM-chips of voor het maken van een gegevensback-up.

Aan het einde van de jaren 80 van de twintigste eeuw verhoogden verbeterde elektrodematerialen de capaciteitswaarden. Tegelijkertijd verlaagde de ontwikkeling van elektrolyten met een betere geleidbaarheid de verliesweerstand (ESR) met daardoor hogere laad/ontlaadstromen. De eerste supercondensator met een lage interne AC-weerstand werd in 1982 ontwikkeld voor militaire toepassingen door het Pinnacle Research Institute (PRI) en werd op de markt gebracht onder de merknaam "PRI Ultracapacitor". In 1992 nam Maxwell Laboratories (later Maxwell Technologies) deze supercondensator over. Maxwell gebruikte de term Ultracapacitor van PRI en noemde ze "Boost Caps" om hun gebruik voor krachtige toepassingen te onderstrepen.

Omdat de energie-inhoud van condensatoren toeneemt met het kwadraat van de spanning, zochten onderzoekers naar een manier om de doorslagspanning van de elektrolyt te verhogen. In 1994 ontwikkelde David A. Evans door gebruik te maken van de anode van een 200V tantaal elektrolytische condensator een hybride condensator. Deze condensatoren combineren kenmerken van elektrolytische en elektrochemische condensatoren. Ze combineren de hoge diëlektrische sterkte van een anode van een elektrolytische condensator met de hoge capaciteit van een kathode van een elektrochemische condensator. De condensatoren van Evans, genaamd Capattery, hadden een energie-inhoud van ongeveer een factor 5 hoger dan een vergelijkbare tantaal elektrolytische condensator van dezelfde grootte. Vanwege de hoge produktiekosten zijn ze beperkt gebleven tot specifieke militaire toepassingen.

Recente ontwikkelingen vinden ook plaats bij lithium-ion-condensatoren. Deze hybride condensatoren zijn in 2007 door FDK ontwikkeld. Ze combineren een elektrostatische koolstofelektrode met een vooraf gedoteerde lithium-ion elektrochemische elektrode. Deze combinatie verhoogt de capaciteitswaarde. Bovendien verlaagt het pre-doteringsproces de anodepotentiaal en resulteert in een hoge celuitgangsspanning, waardoor de energiedichtheid verder wordt verhoogd.

Supercondensatoren worden gebruikt in elektrische autos voor het geven van een boost bij acceleratie.

Externe links

• Supercondensatoren Universiteit Twente
• Supercondensatoren Engineers online

Bronnen, noten en/of referenties

Mediabestanden

Zie de categorie Supercapacitors van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.