Den lille komponent kan gøre elbiler og vindmøller mere effektive

- Hvis man brugte et batteri til det arbejde, en kondensator laver, så ville batteriet i princippet bare eksplodere.

Jonas Wittmaack holder tre små komponenter frem på bordet.

De ligner ikke noget særligt. Små metalcylindre og en firkantet prototype. Men de repræsenterer tre forskellige generationer af en teknologi, der findes i næsten al moderne elektronik, nemlig kondensatorer. Og netop dem har han brugt flere år på at gentænke.

Da han for nylig forsvarede sin ph.d. på Syddansk Universitet i Sønderborg, handlede det om en komponent, som de fleste aldrig tænker over – men som er afgørende for alt fra kameraers blitz til de store energisystemer i elbiler og vindmøller. Teknologi enudviklede han i samarbejde med kondensatorgruppen i Center for Industriel Elektronik, ledet af professor Thomas Ebel.

Elektronikkens usynlige arbejdshest

Hvor et batteri lagrer energi kemisk og leverer den over længere tid, arbejder kondensatoren på en helt anden måde. Den lagrer energi fysisk – og kun i meget korte øjeblikke. Til gengæld kan den levere strøm ekstremt hurtigt.

Det gør den til en nøglekomponent i moderne effektelektronik, hvor elektricitet konstant omformes, styres og stabiliseres.
For eksempel i en elbil. Her leverer batteriet jævnstrøm, mens motoren bruger vekselstrøm. Derfor skal strømmen hele tiden konverteres frem og tilbage i elektroniske systemer.

Og hver gang det sker, spiller kondensatorer en afgørende rolle. Men der er et problem. Når strøm passerer gennem komponenter, går noget af energien tabt. Den bliver til varme.

- En stor del af min forskning handlede om at reducere de tab, der opstår inde i kondensatoren, forklarer Jonas Wittmaack.

Og jo højere frekvenser moderne elektronik arbejder ved, desto større bliver udfordringen.

Et svagt punkt i teknologien

Mange af de kondensatorer, der bruges i dag, indeholder en flydende elektrolyt. Den leder elektricitet inde i komponenten – men kan også give problemer. Hvis kondensatoren bliver beskadiget, kan væsken lække ud. Og fordi den er stærkt ledende, kan den skabe kortslutninger i resten af elektronikken.

Derfor har Jonas Wittmaack arbejdet med en anden tilgang. I stedet for en væske bruger han et fast polymermateriale, der også kan lede elektricitet. Samtidig har han ændret selve konstruktionen af komponenten.

Traditionelle aluminium-elektrolytkondensatorer er typisk cylindriske og opbygget som et sammenrullet lag af folie og papir. Den nye prototype er i stedet opbygget som en kompakt sandwich, hvor materialerne stables i lag. Ændring reducerer både elektrisk modstand og såkaldt induktans – to af de faktorer, der skaber energitab.

I laboratoriet har målinger vist, at modstanden i nogle tilfælde kunne reduceres op til tolv gange. Det betyder mindre varme og højere effektivitet.

Lettere – og lettere at genanvende

Den nye konstruktion kan også få betydning for bæredygtigheden i fremtidens energisystemer.

I dag bruges ofte filmkondensatorer i kraftige elektroniske systemer. De fungerer godt, men de er relativt store og indeholder meget plast. Den nye kondensator består primært af aluminium og polymer.

- Det gør materialerne langt lettere at genanvende senere, siger Jonas Wittmaack.

Samtidig kan flere mindre komponenter tilsammen erstatte én stor. Selv hvis der bruges flere, kan den samlede løsning stadig blive både lettere og mere kompakt. Det kan være en fordel i alt fra industrielt udstyr til transportteknologi, hvor vægt og størrelse er et essentielt parameter.

Fra forskning til virksomhed

Selvom arbejdet begyndte som et forskningsprojekt, viste interessen fra industrien sig hurtigt. Når forskningsgruppen har præsenteret teknologien for potentielle brugere, går ét spørgsmål igen: Hvornår kan vi købe den?

- Det var faktisk det første, folk spurgte om, fortæller Jonas Wittmaack.

Derfor arbejder han nu videre med ambitionen om at føre teknologien ud af laboratoriet og for at modne den mod en potentiel spinout. Planen er at udvikle kondensatoren i tæt samarbejde med industrien og på sigt etablere produktion.

Til det formål samarbejder forskningsprojektet med STEAR, der specialiserer sig i at modne pre-startup projekter med kommercielt potentiale, uanset om idéen udspringer fra universitetets forskere eller fra iværksættere i industrien gennem mentoring og rådgivning. Visionen er, at teknologien på sigt kan blive produceret i Sønderborg og indgå i fremtidens energiteknologi.

Den lille komponent bag den store omstilling

Når man taler om den grønne omstilling, handler det ofte om batterier, vindmøller og solceller.

Men bag kulisserne ligger en lang række mindre komponenter, som også skal forbedres, hvis energisystemerne skal blive mere effektive. Kondensatorer er en af dem. Og netop derfor kan en tilsyneladende lille opfindelse få stor betydning.

- De fleste tænker aldrig over kondensatorer, siger Jonas Wittmaack.

- Men uden dem ville meget af den teknologi, vi tager for givet i dag, simpelthen ikke fungere.