Unterschied zwischen Batterie und Kondensator?

Kondensatoren und (wiederaufladbare) Batterien können beide zum Speichern und Abrufen elektrischer Energie verwendet werden und beide werden zu diesem Zweck verwendet. Aber die Art und Weise, wie sie elektrische Energie (Ladung) speichern, ist unterschiedlich, was zu unterschiedlichen Eigenschaften und damit zu unterschiedlichen Anwendungsfällen führt.

Ein Kondensator speichert Ladung direkt auf zwei Leiterplatten. Die Tatsache, dass die Ladung in Leitern gespeichert ist, macht sie leicht zugänglich (niedrige Impedanz, reagiert schnell auf Änderungen), aber die Tatsache, dass ihre Speicherung im Wesentlichen ein zweidimensionales Plattenpaar ist, schränkt die speicherbare Energiemenge stark ein. (Kondensatoren mit höherer Kapazität verwenden einen 2,5-D-Speicher auf Kosten von viel weniger leitenden Platten). Ein Kondensator speichert Ladung, was bedeutet, dass, wenn sich der Kondensator entlädt (Strom liefert), seine Spannung abfällt (linear, wenn der Strom konstant ist).

Eine Batterie speichert Energie in chemischen Reaktionen. Das bedeutet, dass Energie in einem 3D-Volumen gespeichert wird, so dass viel mehr Energie gespeichert werden kann, aber da Ionen ihre Geschwindigkeit nicht so schnell ändern wie Elektronen, kann eine Batterie nicht so schnell auf Stromänderungen reagieren wie ein Kondensator. Chemische Reaktionen sind nie vollständig umkehrbar, daher verschleißt eine Batterie viel schneller als ein Kondensator. Aber eine chemische Reaktion hat eine feste „Aktivierungsspannung“, sodass die Spannung einer Batterie (mehr oder weniger) gleich bleibt, während sie entladen wird.

Daher haben Batterien und Kondensatoren unterschiedliche Anwendungsfälle, die sich selten überschneiden. Wenn Sie brauchen

• hohe Kapazität => Batterien
• Festspannung => Batterien
• schnelle Reaktion => Kondensatoren
• 'unendliche' (Bauteil-)Lebensdauer => Kondensatoren

Tatsächlich sind Batterien oft zu langsam für die Elektronik, aber Kondensatoren könnten nicht genug Energie speichern, so dass man in der Praxis oft will

• hohe Kapazität + schnelle Reaktion => Batterien + Kondensatoren verwenden

Wouters Antwort ist ziemlich gut. Ich würde dieses Diagramm hinzufügen:

Die Energiedichte gibt an, wie viel Energie in einem bestimmten Produktgewicht gespeichert werden kann. Die Leistungsdichte gibt an, wie schnell Sie diese Energie herausholen können. Sie können also sehen, dass Aluminium-Elektrolytkappen um Größenordnungen mehr Leistung liefern können als jede andere Batterietechnologie auf dem Diagramm, und die von Batterien gespeicherte Energie ist um Größenordnungen höher als bei Aluminium-Elektrolyten. Ultracaps liegen irgendwo dazwischen.

Die Leistungsdichte des Kondensators wird durch den ESR begrenzt. Die meisten Kondensatoren können einen toten Kurzschluss (mindestens einmal) überstehen, aber der verfügbare Gesamtstrom wird weitgehend (wenn auch nicht vollständig) durch die Verbindungen innerhalb des Kondensators selbst begrenzt.

Auch die Spannungsentladungskurven sind unterschiedlich. Eine Lithium-Ionen-Batterie neigt dazu, ihre Spannung relativ konstant zu halten, bis sie fast vollständig entladen ist.

Die Spannung eines Kondensators unter konstanter Leistungslast fällt dagegen schnell ab.

Angenommen, unsere Last hat eine Abfallspannung von zwei Volt. Der Lithium-Ionen-Akku hält diese Last aus, bis er fast vollständig entladen ist; Ein größeres Problem ist, den Akku so weit zu entladen, dass er den Akku zerstört. Der Ultracap fällt jedoch von 3 V auf 2 V ab und hat immer noch fast die Hälfte der gesamten geladenen Energie im Kondensator, die uns aufgrund der Abfallspannung des Telefons nicht zur Verfügung steht. Die Gesamtenergiedichte des Kondensators ist also nicht nur viel geringer als die der Batterie, wir können nicht einmal die gesamte dort vorhandene Energie nutzen.

Daher können wir Kondensatoren in unseren Mobiltelefonen nicht effektiv verwenden, da das Telefon entweder ein Zehntel so lange halten würde (wahrscheinlich weniger) oder zehnmal so groß wäre (wahrscheinlich mehr).

Andere Antworten sprechen von der praktischen Verwendung von Kondensatoren zur Energiespeicherung, aber theoretisch sind Kondensatoren und Batterien sehr unterschiedlich.

Ein idealer Kondensator ist ein Schaltungselement mit der Eigenschaft, dass die Spannung an seinen Anschlüssen proportional zum Integral des Stroms ist, der durch das Gerät fließt:

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor#Current.E2.80.93voltage_relation

Eine Batterie hingegen ist eine gute Annäherung an einen kleinwertigen Widerstand in Reihe mit einer idealen Spannungsquelle . Das heißt, die Spannung an den Klemmen einer Batterie ist weitgehend unabhängig vom Strom. (mit Ausnahme des kleinen, proportionalen Abfalls aufgrund des Innenwiderstands.)

https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_source