Condensatoren hebben een aantal fantastische eigenschappen. Zo slaan ze energie op als elektrische lading in plaats van chemische energie. Dit maakt doorgaans bijna onmiddellijke laadtijden en zeer hoge piekstroomsterktes mogelijk. Ze kunnen honderdduizenden laad-ontlaadcycli doorstaan, in tegenstelling tot de honderden cycli van volledig opgeladen batterijen. Dus wat is het probleem?
Een batterij levert een redelijk constante spanning gedurende een lange levensduur. Afhankelijk van het apparaat kunnen er prestatieproblemen optreden wanneer de batterij bijna leeg is. Smartphones schakelen bijvoorbeeld over naar een energiebesparende modus. Dat is niet alleen om ze iets langer te laten werken, maar ook om te voorkomen dat ze onverwacht en zonder waarschuwing uitschakelen.
Zoals je ziet, daalt de spanning naarmate de batterij bijna leeg is. In je telefoon zit een stroomomzettingscircuit, onderdeel van het algehele energiebeheer, dat de niet erg constante batterijspanning omzet in een zeer nauwkeurig gereguleerde systeemspanning (waarschijnlijk een aantal verschillende spanningen). Let op, er is hier een belangrijke relatie: vermogen = stroomsterkte * spanning. Dus om hetzelfde vermogen te behouden, moet mijn circuit meer stroom verbruiken naarmate de spanning daalt.
Elke batterij heeft een kleine interne weerstand, en vanwege een andere relatie, de wet van Ohm, weet je dat er een spanningsval in de batterij zal optreden. In de tekening is Vout = V0 - r * I, waarbij I de stroomsterkte is. Dus, naarmate mijn V0 daalt en mijn energiebeheercircuit meer stroom moet trekken om hetzelfde vermogen te leveren, daalt de uitgangsspanning van de batterij nog sneller. Dit beperkt de maximale stroomafgifte van een batterij en betekent ook dat ze vrij snel leeglopen wanneer ze bijna leeg zijn.
Maar de uitgangsspanning, de piekstroom en het totale vermogen van een condensator nemen exponentieel af in de loop van de tijd. De condensator heeft één voordeel: hij slaat elektrische lading op in plaats van deze om te zetten in chemische lading zoals in een batterij. Hoewel er dus een interne weerstand is, is deze zeer klein en kan deze meestal worden verwaarloosd. Condensatoren kunnen gedurende korte tijd zeer hoge stromen leveren.
Maar voor het voeden van een apparaat zijn ze problematisch. Denk aan mijn wens om een constante stroomtoevoer naar mijn energiebeheersysteem te handhaven, en dat vermogen = stroom * spanning. Naarmate onze spanning snel daalt, moeten we dit compenseren met een snel stijgende stroom om hetzelfde vermogen te leveren. Zeer hoge stromen leiden tot een veel duurder circuit, grotere stroomomzettingscomponenten, meer vermogensverlies op printplaten, enzovoort... hetzelfde basisprobleem als een batterij tegen het einde van zijn levensduur, alleen begint dit al heel vroeg in de nuttige levensduur van de condensator te gebeuren. En naarmate de condensator leeg raakt, daalt ook de piekstroom, hoewel deze nog steeds relatief hoog is.
Een ander probleem is dat moderne ultracondensatoren een veel lagere specifieke energie hebben dan batterijen. De beste ultracondensatoren op de markt halen 8-10 Wh/kg, de meeste zitten rond de 5 Wh/kg. De beste lithium-ionbatterijen leveren bijna 200 Wh/kg, veel varianten halen zelfs meer dan 100 Wh/kg. Je hebt dus ongeveer 20 keer zoveel gewicht nodig om ultracondensatoren te kunnen gebruiken. Mogelijk zelfs meer, omdat de spanning tijdens het ontladen, afhankelijk van de toepassing, op een bepaald moment te laag wordt om nog bruikbaar te zijn, waardoor er energie ongebruikt blijft. Bovendien hebben ultracondensatoren, in tegenstelling tot meer traditionele condensatoren, een relatief hoge interne weerstand. Daardoor kunnen ze niet per se veel spanning omzetten in stroom.
Dan is er nog de zelfontlading: hoe snel "lekt" er energie uit een opslagapparaat? De enige NiMH-cellen zijn robuust, maar ontladen zichzelf tot wel 20-30% per maand. Li-ioncellen reduceren dit tot minder dan 2% per maand, afhankelijk van de specifieke Li-iontechnologie, en misschien 3% in sommige systemen, afhankelijk van de benodigde batterijbewaking. De huidige ultracondensatoren verliezen tot wel 50% van hun lading in de eerste maand. Dat is misschien niet zo belangrijk in een apparaat dat dagelijks wordt opgeladen, maar het beperkt absoluut de toepassingsmogelijkheden van condensatoren ten opzichte van batterijen, in ieder geval totdat er betere ontwerpen zijn ontwikkeld.
En omdat je er zoveel nodig hebt, kunnen de huidige kosten van ultracondensatoren 6 tot 20 keer zo hoog zijn als die van batterijen. Als je toepassing een zeer kleine stroomafgifte vereist, met name bij zeer korte, hoge stroompieken, kan de ultracondensator een optie zijn. Anders zal het op korte termijn geen vervanging voor batterijen zijn.
Voor toepassingen met hoge stroomsterkte, zoals elektrische auto's, is het op zichzelf nog niet echt een nuttige optie. Systemen die zowel ultracondensatoren als batterijen gebruiken, kunnen echter wel aantrekkelijk zijn, omdat hun verschillen elkaar goed aanvullen: de hoge stroomoverdracht en lange levensduur van de condensator versus de hoge specifieke energie/energiedichtheid van de batterij. Er wordt bovendien hard gewerkt aan de ontwikkeling van veel betere ultracondensatoren en batterijen. Misschien dat de ultracondensator in de toekomst wel meer taken van een batterij overneemt.
artikel afkomstig van: https://qr.ae/pCacU0
Geplaatst op: 06-01-2026