Superkapazitoren werden aufgrund ihres hohen Preises bislang eher spärlich in Intralogistikanlagen, aber immerhin doch schon einigen Typen von Regalbediengeräten, Krananlagen und Fahrzeugen eingesetzt. Die Europäische Raumfahrtagentur ESA arbeitet mit Airbus an einer neuen Generation derartiger Speicher.

Die ESA will mit den neuen «Supercaps» zum Beispiel den Betrieb von Satelliten-Radarsystemen sichern, um die Gesamtleistung an Bord während Sonnenfinsternissen oder anderen Hochleistungs-Ereignissen wie der Schubumkehr an Trägerraketenzu stabilisieren. Denn das Umleiten des Startschubs erfordert Extremleistungen.

Während herkömmliche Batterien elektrische Energie auf chemischer Basis speichern, tun dies Superkondensatoren auf physikalischer Basis. Die Energie wird als elektrostatische Ladung in einer elektrochemischen Doppelschicht an der Grenze zwischen einem organischen Elektrolyten und Aktivkohle-Schichten gespeichert.

«Dies bedeutet, dass sie Strom mit einer sehr schnellen Geschwindigkeit speichern und entladen können, die Batterien nicht erreichen können, und zwar über viele tausend Zyklen hinweg, fast ohne Innenwiderstand», erläutert Speicherspezialist Erik J. Brandon. «Sie haben jedoch den entsprechenden Nachteil, dass sie eine geringere Gesamtenergiedichte besitzen und daher nur einen Bruchteil der Energiemenge einer Batterie mit derselben Masse speichern können».

Fotos: ESA

Die erste Herausforderung bestand darin, einen funktionierenden Prototyp «Bank of Supercapacitors» (BOSC) zu entwerfen und zu konstruieren, der auf 34 Superkondensatoren in Reihe mit drei parallelen Strings basiert und Wärmesensoren enthält, um eine Überhitzung zu vermeiden.

«Um die Prototypen für den Weltraum geeignet zu machen, war ein sorgfältiges Vergiessen mit Epoxidharz zwischen den gestapelten Superkondensatoren, Steckverbindern und Leiterplatten erforderlich. Das Testen der elektrischen Leistung der BOSC umfasste Millionen von Lade- und Entladezyklen, einschliesslich einer speziellen lebenslangen Testkampagne zur Untersuchung der Alterungseffekte. Parallel dazu wurde das BOSC einem «Missbrauchstest» unterzogen, der Kurzschlüsse, Überladungen und physischen Schock durch Aufprall beinhaltete.

«Wir haben festgestellt, dass die Bank eine grosse Menge Strom aufnehmen kann, bis zu 400 Ampere, mehrmals ohne Schaden», fügt Brandon hinzu.

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