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Elektrochemische
Doppelschichtkondensatoren erlangen zunehmend Bedeutung als ergänzende Energiequell,
die schnell und für
kurze Zeit eine hohe elektrische Leistung zur Verfügung stellen kann.
Eine solche Leistung wird beispielsweise bei unterbrechungsfreien
Stromversorgungen oder auch in neu entwickelten Hybridfahrzeugen
benötigt,
um bei Leistungsspitzen, beispielsweise beim Beschleunigen oder
beim Starten zusätzliche
Leistung zur Verfügung
zu stellen. Die im Doppelschichtkondensator gespeicherte elektrische
Energie unterstützt
dabei eine vorhandene Energiequelle oder einen vorhanden Generator
oder überbrückt bei
Stromausfall die Zeit, bis ein Notaggregat zeitverzögert gestartet
werden kann.
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Ein
elektrochemischer Doppelschichtkondensator besteht im wesentlichen
aus zwei Elektroden, die entweder mit einem Elektrodenmaterial hoher
Oberfläche
beschichtet sind oder von sich aus eine hohe Oberfläche aufweisen.
Zwischen den beiden Elektroden ist ein Separator angeordnet, der
zur elektrischen Isolation der beiden Elektrodenschichten dient,
der porös
ausgebildet ist und den Elektrolyten aufnehmen kann und der darüber hinaus
für den
Elektrolyten und insbesondere für
die Ionen, die sich durch Dissoziation des im Elektrolyten gelösten Leitsalzes
ausbilden, durchlässig
ist.
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Üblicherweise
bestehen die Elektroden eines elektrochemischen Doppelschichtkondensators aus
Metallfolien, die mit einer Kohlenstoffmodifikation beschichtet
sind, beispielsweise mit einem Kohlenstoffpulver oder mit einem
Kohlenstofftuch. Als Separatoren werden poröse Materialien gewählt, beispielsweise
aus Papier. Möglich
sind jedoch Separatoren aus anderen Mate rialien, beispielsweise
Kunststoffolien, Filzen oder Geweben aus Kunststoff- oder Glasfasern.
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Eine
einfache Kondensatorzelle besteht dabei aus zumindest zwei Elektroden
und einer dazwischenliegenden Separatorschicht. Üblicherweise werden jedoch
zur Erhöhung
der Kapazität
mehrere Elektrodenlagen und Separatorschichten alternierend übereinander
gestapelt, beispielsweise als planarer Stapel oder noch einfacher
und platzsparender in Form eines Wickels. Nach dem Herstellen eines Stapels
aus Elektroden und Separatorschichten wird dieser in ein Gehäuse eingebracht
und anschließend durch
eine Imprägnieröffnung mit
einem Elektrolyten imprägniert.
Bei der Imprägnierung
muss der Elektrolyt sämtliche
Hohlräume
und Poren des Separators und der porösen Elektrodenbeschichtung
füllen
und darin enthaltenes Gas aus dem Wickel oder Stapel verdrängen.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Imprägnierung trotz Unterstützung durch
einen Druckunterschied, beispielsweise durch Anlegen eines Vakuums
ans Kondensatorgehäuse
oder durch Verwendung eines Überdrucks
bei der Zugabe des Elektrolyten, ein zeitintensiver und somit kostenbestimmender
Faktor ist. Das Problem der aufwendigen Imprägnierung wird mit zunehmender
Größe des Wickels oder
Stapels verstärkt.
So benötigt
der Wickel eines Kondensators mit einer Kapazität von beispielsweise 5000 F
mit dem herkömmlichen
Imprägnierverfahren ca.
72 Stunden, bis er vollkommen durchtränkt und bis das gesamte Gas
daraus verdrängt
und durch die Imprägnieröffnung aus
dem Kondensatorgehäuse ausgetreten
ist. Eine vollständige
Imprägnierung
ist aber wichtig, da bei unvollständigem Austausch des Gases
gegen den Elektrolyten ein späteres
Ausgasen erfolgen kann, welches bei verschlossenem Kondensatorgehäuse im Extremfall
zu einem Bersten des Kondensatorgehäuses und damit zu einer Zerstörung des
Kondensators führt.
Außerdem
ist bei einem nicht vollständig
mit Elektrolyt getränkten
Wickel die Kapazität
geringer und der ESR höher.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elektrochemischen
Doppelschichtkondensator anzugeben, welcher die Imprägnierung
erleichtert und beschleunigt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
elektrochemischen Doppelschichtkondensator mit den Merkmalen von
Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur
Imprägnierung
eines Doppelschichtkondensators sind weiteren Ansprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung beruht auf der grundlegenden Idee, das Eindringen des
Elektrolyten in den Kondensatorwickel oder Stapel dadurch zu unterstützen, dass
zusätzlich
zum bereits von Haus aus porösen Separatormaterial
weitere Eintrittswege für
den Elektrolyten geschaffen werden. Dies wird erfindungsgemäß durch
eine Struktur erreicht, die in eine Lage des Separators eingeprägt ist und
zumindest Vertiefungen umfasst.
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Vorzugsweise
sind solche Vertiefungen in Form von Gräben ausgebildet, die nach außen bis
zu den offenen Kanten des Stapels oder Wickels des Kondensators
führen.
Im Schichtaufbau aus alternierenden Elektroden und Separatorschichten
bilden die Gräben
zusammen mit der jeweils benachbarten Schicht Kanäle aus.
Diese Kanäle
können
durchgehend durch den gesamten Schichtaufbau, also durchgehend durch
den gesamten Wickel oder Stapel führen. Ausreichend ist es jedoch
auch, wenn die Gräben
von außen
bis in die Mitte des Stapels oder Wickels führen, oder auch wenn nur zusätzliche
isolierte Volumina im porösen
Separator für
den Elektrolyten geschaffen werden. Dies kann in einem einfachen
mechanischen Prägeverfahren
erfolgen.
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Die
Strukturen können
ausschließlich
Vertiefungen sein, die in den flächig
ausgebildeten Separator oder in zumindest eine von gegebenenfalls
mehreren Lagen des Separators eingeprägt sind. Möglich ist es jedoch auch, die
Strukturen durchzuprägen, ohne
dass sich dabei die Dicke der jeweiligen Separator lage wesentlich ändert. Dies
führt dazu,
dass die Separatorlage eine Welligkeit erhält, bei der jeder Vertiefung
auf der anderen Seite der Separatorlage eine entsprechende Erhöhung zugeordnet
ist. Möglich
ist auch ein Separator oder eine Separatorlage, in die beidseitig
Vertiefungen eingeprägt
sind.
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Die
eingeprägte
Struktur umfasst wie gesagt vorzugsweise grabenartige Vertiefungen,
die vorteilhaft parallel zueinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise
läßt sich
eine maximale Anzahl an Vertiefungen in der Separatorlage erzeugen,
die einen besonders schnellen Transport des Elektrolyten in den Schichtaufbau
des Kondensators hinein ermöglichen.
Die Vertiefungen können
geradlinig ausgerichtet sein. Möglich
ist es jedoch auch, Vertiefungen in einem beliebigen zweidimensionalen
Muster im Separator vorzusehen, vorzugsweise ein Muster von Vertiefungen,
welche miteinander verbunden sind. Ein solches Muster kann regelmäßig oder
unregelmäßig ausgebildet
sein.
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Der
Separator kann auch mehrere Lagen umfassen, die zusammen laminiert
sein können,
wobei zumindest eine Lage erfindungsgemäß die eingeprägte Struktur
aufweist. Sofern sich im mehrlagigen Separator Lagen mit grabenförmigen Vertiefungen befinden,
so können
die entsprechenden Kanäle
zwischen unterschiedlichen Separatorlagen oder zwischen einer Separatorlage
und einer Elektrodenschicht sein. Möglich ist es auch, zumindest
zwei Lager mit eingeprägter
Struktur in einer Separatorschicht vorzusehen, die vorzugsweise
so angeordnet sind, dass sich das Muster der Vertiefungen gegenseitig
zu Hohlräumen
ergänzt.
Möglich
ist es auch, in unterschiedlichen Lagen unterschiedliche Strukturen oder
relativ zueinander verdrehte Muster zu verwunden.
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Die
eingeprägte
Struktur kann wellig sein und beispielsweise keine Kanten aufweisen.
Möglich ist
es jedoch, stufenartige Vertiefungen einzuprägen oder Vertiefungen mit dreieckigem
oder trapezförmigem
Querschnitt. Möglich
sind jedoch auch Vertiefungen mit einem beliebigen Querschnitt oder
Strukturen, die Vertiefungen mit unterschiedlichen Querschnitten
aufweisen.
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Der
Separator ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, der die
Erzeugung einer eingeprägten
Struktur erlaubt, bzw. der die eingeprägte Struktur ausreichend lange
konserviert. Dies setzt eine gewisse Materialsteifigkeit voraus,
die jedoch mit den meisten der bereits bisher bei Separatoren eingesetzten
Materialien erreicht wird.
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Erfindungsgemäß ist es
beispielsweise möglich,
als Separatoren Kunststoffolien einzusetzen, beispielsweise Polyolefinfolien
wie insbesondere Polypropylen oder Polyethylen. Diese lassen sich
in einer gewünschten
Porösität und Durchlässigkeit
für den
Elektrolyten erzeugen. Bei einer Dicke von 5 bis 150 μm sind sie
ausreichend stabil, um ein eingeprägtes Muster zu konservieren.
Dabei ist es vorteilhaft, bei geringerer Materialsteifigkeit Strukturen
in Form von Mustern zu erzeugen, die nicht ausschließlich geradlinig
und parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies erhöht die Steifigkeit
und damit die Stabilität
der geprägten
Strukturen. Mögliche
Materialien für
Separatorlagen mit eingeprägter
Struktur sind Gewebe und Fließe
aus Kunststoff- oder Glasfasern. Auch herkömmliches Papier, hergestellt
aus Lyocell-, Kraft-, Manila-, Hanf-, Baumwolle- oder Esparto-Zellstoff
bzw. deren Mischungen, läßt sich
durch Prägen mit
einer erfindungsgemäßen Struktur
versehen und als Separator oder Separatorlage einsetzen. Für den Separator
sind auch Mischungen oder unterschiedliche Lagen aus unterschiedlichen
Materialien geeignet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine dünne Separatorlage
mit einer Struktur versehen und mit einer weiteren nicht geprägten Separatorlage
verbunden und so versteift. Auf diese Weise läßt sich auch die eingeprägte Struktur
auch bei Materialien ungenügender
Steifigkeit einfach konservieren.
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Die
eingeprägten
Strukturen sind vorteilhaft so ausgebildet, dass sie die elektrischen
Eigenschaften des elektrochemischen Doppelschichtkondensators nicht
oder nur wenig beeinträchtigen.
Dies bedeutet, dass durch die Strukturen die Separatorfunktionen
nicht beeinträchtigt
sind. Vorteilhaft sind die Strukturen so ausgebildet, dass bei gegebenenfalls durch
das Prägen
erzeugter Schichtdickenreduzierung des Separators stets zumindest
50% der ursprünglichen
Lagendicke erhalten bleibt. Dadurch wird auch die Isolationswirkung
des Separators bzw. der Separatorlage erhalten, so dass es zu keinem Kurzschluss
und damit nicht zu einer unerwünschten Entladung
des Kondensators kommt.
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Wird
mit der eingeprägten
Struktur eine Welligkeit erzeugt, so wird die Welligkeit vorzugsweise
so bemessen, dass die Gesamtdicke des Separators, die sich dann
an den höchsten
Strukturerhebungen bemisst, maximal der doppelten Schichtdicke eines herkömmlichen
Separators bzw. der doppelten Schichtdicke eines Separators ohne
eingeprägte Struktur
entspricht. Auf diese Weiss wird gewährleistet, dass sowohl die
Kapazität
als auch der Serienwiderstand weitgehend unverändert bleibt.
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Die
eingeprägten
Strukturen umfassen Vertiefungen, die ausreichend breit sind, den
Elektrolyten einer gegebenen Viskosität ausreichend schnell in das
Innere des Kondensatorstapels zu befördern. Vorzugsweise werden
die Strukturbreiten der eingeprägten
Strukturen aber minimiert, wobei mit einer höheren Anzahl kleinerer Strukturen
eine schnellere Imprägnierung
erreicht werden kann als mit weniger und größeren Strukturen. Eine höhere Anzahl
an Strukturen, die dann dementsprechend geringere Strukturdurchmesser
aufweisen, führt
außerdem
zu einer schnelleren Verteilung des Elektrolyten im Kondensatorstapel
oder -wickel bei der Imprägnierung.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren
näher erläutert.
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Die
Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen
einen erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensator
und in erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensatoren eingesetzte
Separatoren.
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1 zeigt eine einzelne Doppelschichtkondensatorzelle
im schematischen Querschnitt
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Separator
in der Draufsicht mit flächig
und punktförmig ausgebildeten
Vertiefungen
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Separator
in der Draufsicht mit Vertiefungen, die als durchgehende Gräben ausgebildet
sind
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4 zeigt einen erfindungsgemäßen Separator
in schematischer Draufsicht, bei dem die Vertiefungen in Form nicht
durchgehender Gräben
ausgebildet sind
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5 zeigt erfindungsgemäße Separatorlagen
mit eingeprägter
Struktur im schematischen Querschnitt
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6 zeigt einen aus zwei Lagen
bestehenden Separator im schematischen Querschnitt
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7a zeigt den an sich bekannten
Aufbau eines planaren Kondensatorstapels
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7b zeigt. den an sich bekannten
Aufbau eines Kondensatorwickels.
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1 zeigt eine einzelne Zelle
eines elektrochemischen Doppelschichtkondensators im schematischen
Querschnitt. Ein solcher Kondensator besteht aus zwei Elektroden
E1, E2, wobei je eine Elektrode als Anode bzw. Kathode geschalten
wird. Üb licherweise
besteht jede Elektrode aus einer Metallfolie M1, M2, die auf der
Oberfläche
mit einem Elektrodenmaterial B1, B2 beschichtet ist. Das Elektrodenmaterial
weist eine hohe Oberfläche
und eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf. Vorzugsweise werden
dazu Kohlenstoffmaterialien verwendet, insbesondere Kohlenstoffpulver,
Kohlenstofftücher,
Metallcarbide, Kohlenstoffaerogele, graphitischer Kohlenstoff, nanostrukturierter
Kohlenstoff oder mittels PVD und/oder CVD aufgebrachter Kohlenstoff.
Die Elektrode entsteht dabei durch Beschichtung der Metallfolie
mit dem Elektrodenmaterial, oder indem eine feste Elektrodenmaterialmodifikation
mit der Metallfolie fest verbunden wird.
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Zwischen
den Elektroden E1, E2 ist ein Separator S angeordnet, der eine Porösität und eine ausreichende
Durchlässigkeit
für den
Elektrolyten aufweist. Erfindungsgemäß weist der Separator S eingeprägte Vertiefungen
V auf. Die Einzelschichten der elektrochemischen Doppelschichtkondensatorzelle
stehen in innigem Kontakt miteinander, der durch den Einbau in ein
Gehäuse
aufrecht erhalten werden kann. Eine weitere Befestigung der Schichten
untereinander ist nicht erforderlich.
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2a und 2b zeigen in schematischer Draufsicht
auf einen Separator bzw. auf eine einzelne Separatorlage SL eine
eingeprägte
Struktur, die hier aus kleinflächigen
nicht miteinander verbundenen Vertiefungen V besteht. In 2a sind dies punkt- oder
kreisförmige
Vertiefungen, in 2b sind
dies eckige und insbesondere viereckige und vorteilhaft quadratische
Vertiefungen V.
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3 zeigt in schematischer
Draufsicht eine Separatorlage SL mit verschiedenen grabenförmigen Vertiefungen
V, die über
die gesamte Fläche
der Separatorlage durchgezogen sind. Während in 3a die Vertiefungen V geradlinig und
insbesondere parallel zu einer Separatorkante verlaufen, sind in
den 3b und 3c nicht geradlinig verlaufende
Vertiefungen V dargestellt. Die grabenförmigen Vertiefungen V können in
ih rem Verlauf zumindest einmal abgeknickt sein, wie dies beispielsweise
in 3b dargestellt ist.
Die grabenförmigen
Vertiefungen V können auch
einen gebogenen Verlauf nehmen, wie dies in 3c dargestellt ist.
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3d zeigt voneinander verschiedene
grabenförmige
Vertiefungen, die sich über
die gesamte Oberfläche
einer Separatorlage SL erstrecken und die mit unterschiedlicher
Orientierung ausgerichtet sind und sich gegenseitig schneiden. Vorteilhaft
ist hier, dass die Vertiefungen V zumindest bis an die Kante der
Separatorlage SL reichen. Wird die Separatorlage in einem Kondensatorwickel
eingebaut, so ist ein Schnittpunkt der Vertiefungen mit der Kante vorzugsweise
an der Wickeloberseite angeordnet.
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4 zeigt grabenförmige Vertiefungen,
die hier parallel zueinander und geradlinig ausgebildet sind und
von außen
in das Innere der Separatorlage bzw. von außen in das Innere des Wickels
oder des Kondensatorstapels hineinreichen. Auch auf diese Weise
kann gewährleistet
werden, dass der Elektrolyt gut und schnell in den Kondensatorstapel
oder -wickel eindringen kann und die dort befindlichen Gase durch
die Vertiefungen bzw. durch die im Kondensatorstapel oder -wickel
gebildeten Hohlräume
entweichen können.
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5 zeigt anhand mehrerer
schematischer Querschnitte durch erfindungsgemäße Separatorlagen verschiedene
Möglichkeiten
an, die Einprägungen
vorzunehmen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Separatorlagen
SL beidseitig geprägt,
so dass auf beiden Oberflächen
der Separatorlage entsprechende Vertiefungen bzw. Auswölbungen
vorhanden sind. Jede der 5a bis 5d zeigt dabei zwei Anordnungen,
bei der die eingeprägte
Struktur an Ober- und Unterseite entweder übereinstimmend ist (siehe die
jeweils obere Darstellung) oder gegeneinander versetzt ist (siehe
die jeweils untere Darstellung).
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5a zeigt eine eingeprägte Struktur
mit rechteckigem Querschnitt.
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5b zeigt Separatorlagen
mit eingeprägten
Vertiefungen, die die Form von Kreissegmenten, beispielsweise von
Halbkreisen aufweisen oder die allgemein eine gerundete Form besitzen.
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5c zeigt Separatorlagen
SL mit keilförmigen
Vertiefungen V.
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5d zeigt Separatorlagen
SL mit Vertiefungen V, die einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
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In
allen Darstellungen der 5 führt die
gegeneinander versetzt eingeprägte
Struktur auf beiden Seiten der Separatorlage dazu, dass die Materialdicke
der Separatorlage eine Welligkeit erhält, wobei die Schichtdicke
der Separatorlage nur geringfügig
durch die eingeprägten
Strukturen verringert wird. Werden die eingeprägten Strukturen beiderseits
der Separatorlage jedoch deckungsgleich aufgebracht, wie dies in
der jeweils oberen Darstellung gezeigt ist, so führt dies zu Vertiefungen V,
die auf gleicher Höhe auf
beiden Seiten der Separatorlage angeordnet sind, die durch eine
nur noch dünne
Schichtdicke der Separatorlage SL voneinander getrennt sind. Diese Ausführung hat
Vorteile bezüglich
einer verbesserten Durchlässigkeit
der Separatorlage für
den Elektrolyten. Die im Bereich der dünneren Schichtdicke verminderte
elektrische Isolation ist unproblematisch, wenn der Durchmesser
der Vertiefungen V entsprechend gering gewählt wird, so dass die Unebenheiten der
Elektrodenoberfläche
nicht ausreichend sind, in den Vertiefungen einen elektrischen Kurzschluss zwischen
den beiden Elektroden E1 und E2 hervorzurufen, die durch die Separatorlage
bzw. durch den die Separatorlage SL umfassenden Separator voneinander
getrennt sind.
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In
den in der jeweils unteren Darstellung gezeigten Ausführungen
sind die Strukturen gegeneinander versetzt, wobei eine erhöhte mechanische
Stabilität
der Separatorlage erhalten wird. Zur erhöhten Stabilität der Separatorlage
trägt auch
bei, wenn grabenförmige
Vertiefungen V nicht geradlinig durch die gesamte Separatorlage
hindurchgehen. Bevorzugt sind dazu unregelmäßige, gekrümmte, geknickte oder nicht
miteinander verbundene Vertiefungen (siehe beispielsweise 2a, 2b, 3b oder 3c).
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6 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts
einen aus zwei Separatorlagen SL, SL' aufgebauten Separator S. Zumindest
eine der beiden Separatorlagen SL weist eine eingeprägte Struktur auf,
die hier beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 5c ausgebildet ist.
Die zweite Separatorlage SL' kann
ohne eingeprägte
Struktur sein. Vorzugsweise ist jedoch auch die zweite Separatorlage
SL' mit einer eingeprägten Struktur
versehen. Die gegenseitige Ausrichtung der eingeprägten Strukturen
in den beiden Separatorlagen SL, SL' kann so sein, dass sich die Vertiefungen
beider Lagen gegeneinander zu Hohlräumen ergänzen. Möglich ist es jedoch auch, die
Vertiefungen gegeneinander zu versetzen. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, zwei Lagen mit gleicher eingeprägter Struktur vorzusehen, die
gegeneinander verdreht sind, oder zwei Lagen, in denen die Strukturen
unterschiedlich ausgerichtet sind oder sich schneiden. Auf diese Weise
wird eine erhöhte
Stabilität
des zweilagigen Separators erhalten. Ein zwei- oder mehrlagiger
Separator kann alternativ oder zusätzlich durch Zusammenlaminieren
seiner Lagen stabilisiert sein.
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7 zeigt verschiedene Möglichkeiten, mehrere
Kondensatorzellen alternierend übereinander
anzuordnen, wobei 7a einen
flachen Stapel und 7b einen
Kondensatorwickel darstellt. In der gestapelten Anordnung sind die
Elektroden beidseitig mit Elektrodenmaterial B versehen, so dass
eine Elektrodenschicht beidseitig als Elektrode wirken kann. Al ternierend
sind die Elektrodenschichten B unterschiedlichen Potentialen zugeordnet
und über metallische
Anschlussbändchen
wie in der 7a dargestellt
mit dem Anodenanschluss A bzw. dem Kathodenanschluss K verbunden.
Diese Anschlüsse werden
durch das Kondensatorgehäuse
KG geführt und
an der Außenseite
mit den Außenanschlüssen T1
bzw. T2 verbunden. 7b zeigt
den Aufbau eines Kondensatorwickels, wobei zwei Elektrodenfolien
E1, E2 alternierend mit zwei Separatorfolien S, S' angeordnet und über einen
Wickeldorn D zu einem Kondensatorwickel aufgewickelt werden. Die
beiden Elektrodenfolien E1, E2 sind z.B. an der Oberseite des Wickels
an zumindest einer Stelle mit den entsprechenden Anschlüssen, dem
Anodenanschluss A bzw. dem Kathodenanschluss K verbunden. Es kann alternativ
auch eine Elektrodenfolie an der Oberseite und die andere Elektrodenfolie
an der Unterseite des Wickels aus dem Kondensatorgehäuse herausgeführt werden,
so dass der Kondensator einen Anschluss am Boden und einen am Deckel
hat.
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Der
Kondensatorwickel wird in ein vorzugsweise becherförmiges Kondensatorgehäuse eingesetzt.
Vorzugsweise nach dem Einbau in das Kondensatorgehäuse erfolgt
die Imprägnierung.
Diese kann wieder durch Evakuierung des Kondensatorgehäuses unterstützt werden,
wobei der Unterdruck die Verdrängung
der Gase aus den porösen
Separatorlagen und der ebenfalls porösen Elektrodenbeschichtung
B unterstützt.
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In
einem spezifischen Ausführungsbeispiel wird
die Imprägnierung
eines erfindungsgemäßen Doppelkondensators
mit der eines herkömmlichen Doppelschichtkondensators
mit herkömmlichem
Separator verglichen. Die elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren
werten mit einer Kapazität
von 5000 F als Kondensatorwickel gemäß 7b realisiert. Es werden aus Papier bestehende
Separatoren verwendet. Der erfindungsgemäße Separator wird mit punktförmig eingeprägten Vertiefungen
versehen. Durch die Einprägung
erhöht
sich die Dicke des Separators hier von ursprünglich 40 μm auf 45 μm.
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Alle
Testkondensatoren werden für
dann bei einer erhöhter
Temperatur und bei Unterdruck getrocknet. Anschließend werden
sie in einer Imprägnierkammer
imprägniert,
wobei in der Kammer ein Unterdruck, auf Seiten des Elektrolyten
dagegen ein Überdruck
mit Hilfe einer Inertgasbeaufschlagung aufgebaut wird.
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Bei
den herkömmlich
aufgebauten Standardkondensatoren werden mehr als 20 Stunden benötigt, um
eine vorgegebene notwendige Elektrolytmenge einzufüllen. Die
erfindungsgemäßen und
ansonsten gleichartig aufgebauten Doppelschichtkondensatoren mit
geprägter
Separatorlage können
in weniger als 1 Stunde mit der gleichen vorgegebenen Elektrolytmenge
befüllt
werden.
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Anschließend werden
die Testkondensatoren auf ihre elektrischen Eigenschaften überprüft. Es zeigt
sich, dass die erfindungsgemäßen Kondensatoren
in ihren elektrischen Parametern weitgehend mit herkömmlichen
bekannten Doppelschichtkondensatoren übereinstimmen und teilweise
sogar verbessert sind. Beispielsweise wird eine um 6% reduzierte
Zeitkonstante und damit ein höherer
Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensators
erhalten.
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Mit
Hilfe dieses direkten Vergleichs erfindungsgemäßer Kondensatoren mit ansonsten
baugleichen Kondensatoren kann eindrucksvoll der Vorteil eines erfindungsgemäßen Kondensators
gezeigt werden. Die beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gegenüber bekannten
Kondensatoren von mehr als 20 Stunden auf weniger als 1 Stunden
reduzierte Imprägnierzeit
stellt eine wesentliche und so nicht erwartete Verbesserung dar,
die neben einer schnelleren und vollständigeren Befüllung die
Herstellungszyklen verkürzt
und damit die Produktionskosten erfindungsgemäßer Kondensatoren deutlich reduziert.
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Obwohl
die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt
werden konnte, ist sie doch nicht auf diese be schränkt. Insbesondere sind
sämtliche
Größenangaben,
sämtliche
realen Ausformungen nur beispielhaft zu sehen. Die Erfindung umfasst
auch Doppelschichtkondensatoren mit eingeprägten Strukturen, die in den
Ausführungsbeispielen
nicht dargestellt werden konnten. Möglich sind beliebige Variationen
der dargestellten Strukturen, insbesondere auch Kombinationen der
unterschiedlichen Strukturen. Auch die Materialangaben für Elektroden
und Separatoren sind nur beispielhaft zu sehen, und es können auch
andere als die angegebenen Materialien verwendet sein.