Wie langlebig ist ein Superkondensator?

Überblick

Im Allgemeinen hängt die Lebensdauer von Kondensatoren (einschließlich Superkondensatoren) von drei Dingen ab:

1. Elektrolytleben
2. Spannungsreduzierung
3. Temperatur / Verlustleistung

Wenn Sie möchten, dass der Kondensator lange hält, begrenzen Sie die angelegte Spannung, halten Sie ihn kühl und begrenzen Sie den Ausgangsstrom. All dies sollte im Datenblatt Ihres Kondensators stehen.

Elektrolytleben

Wenn der Kondensator beispielsweise aus Keramik oder Tantal besteht, ist der Elektrolyt ein Feststoff und die Kappe wird im Grunde nie schlecht. Wenn es sich um einen Elektrolyten handelt, enthält er Flüssigkeit, die verdunstet und schließlich zum Versagen der Kappe führt. In einem elektrolytischen Doppelschicht-Superkondensator ist der Elektrolyt eine Kombination aus einer Flüssigkeit und Aktivkohle, sodass er leicht anfällig für Verdunstung ist.

Spannungsreduzierung

Wichtiger ist jedoch die Spannungsreduzierung des Kondensators. Wenn die Spannung die Kappe beim ersten Gebrauch verbrennt, müssen Sie sich keine Gedanken über Verdunstung machen. Ein Kondensator ist ein sorgfältig konstruiertes Gerät, das zwei leitfähige Filme mit einer dünnen, dünnen Schicht aus Isoliermaterial über eine große Fläche (gefaltet oder zu einem Paket gerollt) trennt. Wenn Sie die Trennung verringern, haben Sie bei gleicher Fläche eine höhere Kapazität. Diese dünne Trennung ist anfällig für hohe Spannungen; Deshalb haben Kondensatoren bestimmte Spannungsmaxima, die oft auf dem Gehäuse aufgedruckt sind. In einem Supercap ist diese Barriere oft nur wenige Nanometer dick, und das Dielektrikum wird hohe Spannungen über diese kurze Distanz nicht isolieren.

Die Verwendung einer Kappe nahe ihrer maximalen Spannung führt zu einem schnelleren Ausfall als die Verwendung bei einer niedrigeren Spannung. Dieser Kompromiss wird als Derating-Kurve bezeichnet. Es sollte bei Ihrem Kondensatorhersteller erhältlich sein.

Temperatur / Verlustleistung

Ein Kondensator wird durch Wärme negativ beeinflusst. Es bewirkt, dass der Elektrolyt schneller verdunstet, das Dielektrikum geschwächt wird und die dünnen leitenden Elemente im Kondensator beschädigt werden können. Sowohl Umgebungswärme als auch Eigenerwärmungseffekte sollten berücksichtigt werden. Wenn der Kondensator sehr schnell entladen wird, ist der kleine Widerstand der Folie und der Leitungen im Vergleich zum Quadrat des Stroms belanglos.

Jeder Kondensator hat unterschiedliche Eigenschaften. Sie sollten das Datenblatt Ihres Kondensators überprüfen, um herauszufinden, wann er ausgetauscht werden muss.

Die Eigenschaften Ihres Kondensators ändern sich unter bestimmten Bedingungen im Laufe der Zeit. Normalerweise haben (Super-)Kondensatoren einen Parameter, der als Lebensdauer / Lastlebensdauer (in Stunden) oder Lebenszyklen (in Zyklen) bezeichnet wird. Ein Beispiel dafür, was Sie in einem Datenblatt finden können:

Nach 1000 Stunden Anwendung von 5,5 V DC bei +85 °C muss der Kondensator die folgenden Grenzwerte erfüllen:

• Kapazitätsänderung : ±30 % des anfänglich gemessenen Werts

• Innenwiderstand : < 4-mal der anfänglich angegebene Wert

Im obigen Fall können Sie also entscheiden, ob eine Änderung von ±30 % der Anfangskapazität für Ihre Anwendung noch geeignet ist. Wenn nicht, sollten Sie den Kondensator nach 1000 Betriebsstunden unter diesen Bedingungen ersetzen.

Hier ein sehr guter Hinweis

http://www.digikey.co.nz/Web%20Export/Supplier%20Content/CooperBussmann_283/PDF/CooperBussmann_Guidelines_using_aerogel.pdf?redirected=1

Dazu gehört der Kommentar:

• PowerStor-Superkondensatoren haben eine längere Lebensdauer als Sekundärbatterien, aber ihre Lebensdauer ist nicht unbegrenzt. Der grundlegende Fehlermodus am Ende der Lebensdauer für einen Superkondensator ist eine Erhöhung des äquivalenten Serienwiderstands (ESR) und/oder eine Verringerung der Kapazität. Die tatsächlichen End-of-Life-Kriterien hängen von den Anwendungsanforderungen ab. Längerer Kontakt mit erhöhten Temperaturen, hoher angelegter Spannung und übermäßigem Strom führt zu erhöhtem ESR und verringerter Kapazität. Eine Verringerung dieser Parameter verlängert die Lebensdauer eines Superkondensators. Im Allgemeinen haben zylindrische Superkondensatoren einen ähnlichen Aufbau wie Elektrolytkondensatoren, bei denen sich ein flüssiger Elektrolyt in einer Aluminiumdose befindet, die mit einem Gummistopfen verschlossen ist. Über viele Jahre trocknet der Superkondensator aus, ähnlich wie bei einem Elektrolytkondensator, was zu einem hohen ESR und schließlich zum Ende seiner Lebensdauer führt.

Hier ist ein Diagramm aus der obigen Referenz, das einige Zahlen zu verschiedenen Effekten enthält.

Der 'Schlüssel' ergibt keinen vollen Sinn. Erwähnenswert ist der signifikante Einfluss der Spannung auf die Lebensdauer.

In dieser Referenz geht es um Supercap-Alterung - nicht sofort ersichtlich.
Scheint mitten in einer breiteren Diskussion zu stehen.
Lohnend.

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