Gold-Cap / Doppelschicht-Kondensator
Ein Gold-Cap ist ein Doppelschicht-Kondensator. Der Doppelschicht-Kondensator wurde 1972 von der Firma Panasonic entwickelt und 1978 auf den Markt gebracht. Von einigen Herstellern wird er unter der Bezeichnung Super-Cap gehandelt. Die Bezeichnung Gold-Cap ist der Handelsname dieses Kondensators und ein Warenzeichen der Firma Panasonic. Cap ist die Abkürzung für Capacitor (= Kondensator). Das Gold bezieht sich auf die verbale Vergoldung dieses Kondensators. Gold ist in diesem Kondensator nicht enthalten.
Der Doppelschichtkondensator oder Gold-Cap ist eine Mischung aus Batterie und herkömmlichen Kondensator. Er kombiniert Schnelligkeit und großen Energiespeicher zu einem Superkondensator. Von seinen Eigenschaften her ist er zwischen Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbaren Akkus angeordnet. Durch den Doppelschichtkondensator wurden einige Anwendungen erst möglich. Er ist trotz seiner hohen Kapazität besonders klein. Die Spannungsfestigkeit ist nicht besonders hoch. Sie liegt bei wenigen Volt. Der Gold-Cap eignet sich jedoch wegen seiner hohen Kapazität als Überbrückungsspannungsversorgung. In Geräten in denen Daten bei ausgeschaltetem Zustand erhalten bleiben sollen, ist er besonders geeignet.
Die Lebensdauer des Gold-Cap ist auf 8 bis 10 Jahre begrenzt. Die Lebensdauer reduziert sich schneller, wenn die Betriebstemperatur höher liegt als erlaubt. Oder wenn häufig hohe Ströme entnommen werden. Dann tritt mit der Zeit ein Kapazitätsverlust auf. Ein Gold-Cap eignet sich dann am besten, wenn er selten mit geringem Strom entladen wird.
Polung
Vom elektronischen Prinzip her hat ein Doppelschicht-Kondensator keine Polarität. Die entsteht bei der Fertigung. Deshalb muss bei der Anwendung auf die Polung geachtet werden. Das Elektrolyt verträgt nur eine geringe Zersetzungsspannung. Bei dauerhafter Falschpolung wird der Gold-Cap zerstört, aber er explodiert nicht.
Aufbau eines Gold-Caps
Der Gold-Cap besteht aus zwei Aktivkohle-Stücken (aktivierter Kohlenstoff). Sie werden durch Oxidation aus Phenolfasern gewonnen und in der passenden Größe ausgeschnitten. Beide Teile werden mit dem Elektrolyten imprägniert und an einer Seite mit einer Aluminiumschicht versehen. Dadurch wird der elektrische Kontakt hergestellt. Das Elektrolyt kann wässrig oder trocken sein. Ein trockenes Elektrolyt ermöglicht eine kleinere Bauform, geringes Gewicht und eine höhere Spannungsfestigkeit. Der Elektrolyt enthält keinerlei toxische Substanzen. Es wird ein organisches Lösungsmittel verwendet (Propylenkarbonat), das für den Menschen und die Umwelt ungefährlich ist.
Die beiden Elektroden werden durch einen Isolator getrennt, damit es zu keinem Kurzschluss kommt. Diese Schicht ist sehr dünn und für Ionen durchlässig. Ein Dielektrikum gibt es nicht. Stattdessen bildet sich an der Grenze von Kohle und Elektrolyt eine elektrische Doppelschicht, die wie ein Dielektrikum wirkt und so als Namensgeber für den Doppelschicht-Kondensator fungiert. Die riesige innere Oberflächen ermöglicht die hohe Kapazität. Das Ganze ist in ein Gehäuse eingesetzt und mit einem Deckel und einer Dichtung fest verschlossen.
Gold-Caps gibt es in unterschiedlichen Bauformen. Neben den Knopfzellen gibt es auch spezielle Gehäuse mit Lötfahnen oder die klassische Becherform mit radialen Anschlüssen.
Der physikalische Aufbau eines Gold-Caps ist mit der Parallelschaltung vieler
kleiner Kondensatoren vergleichbar. Beim Ladevorgang wird erst ein Teil der Kondensatoren
aufgeladen, die wiederum die weiter hinten liegenden Kondensatoren aufladen.
Gerade deshalb ist es wichtig, dass dem Gold-Cap bis zu seiner vollständigen
Aufladung ausreichend Zeit gegeben wird. Unter ausreichend sind 10 Minuten
bis zu einer Stunde zu verstehen. Ein nur teilgeladener
Gold-Cap
verliert
nach dem Abschalten der Spannungsquelle sofort seine Ladespannung!
Weil ein Gold-Cap nicht überladen werden kann, wird auf eine Ladeschaltung mit Überladeschutz verzichtet. Er wird einfach nur durch das Anlegen einer Konstantspannung geladen, bis er voll ist. Er verhält sich dabei wie ein Kondensator. Auch beim Entladen braucht man sich keine Sorgen machen. So etwas wie Tiefentladung gibt es nicht. Ist der Gold-Cap leer wird seine Lebensdauer dadurch nicht beeinträchtigt.
Zwischen den vielen Einzelkapazitäten befinden sich Reihenwiderstände, die zu einem hohen Innenwiderstand führen. Deshalb schränkt sich die Anwendung dieses Kondensators schnell ein. Weder zur Glättung von pulsierenden Gleichspannungen, noch als Koppelkondensator ist der Gold-Cap geeignet.
Eigenschaften
- Kapazitätsbereich von etwa 50 bis 5.000 F
- Spannung liegt zwischen 2,5 und 2,7 Volt
- Ströme dürfen kurzzeitig 1 A erreichen
- Temperaturbereich zwischen -40°C und +60°C (Außeneinsätze im Winter und im Sommer)
- Gewichtsvorteil gegenüber gewöhnlichen Starterbatterien
Weil die Nennspannung zwischen 2,5 und 2,7 Volt liegt, müssen meist mehrere Zellen in Reihe geschaltet werden, um auf die gewünschte Nennspannung zu kommen.
Anwendungen
- Pufferung einer elektrischen Zahnbürste (10 F)
- Akku für eine Solar-Uhr
- Pufferung eines CMOS-RAM
- Bereitstellung des Anlassstroms eines Auto-Benzinmotors
- solarbetriebene Geräte (50 F)
- Rückspeisung im ms-Bereich von Bremsenergie in PKW, LKW und Bahn (kurzzeitig hohe Ströme)
Formel zur Berechnung des Überbrückungszeitraumes
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ULade = Ladespannung (V) Umin = minimale Betriebsspannung (V) C = Kapazität (F) T = Überbrückungszeitraum (Sek.) I = Stromaufnahme (A) |
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