Forscher entdecken beiläufig einen 19-mal besseren Kondensator

Forscher der Washington University in St. Louis haben ein bahnbrechendes neues Kondensator-Design vorgestellt. Dieses soll es ermöglichen, eine erheblich größere Menge Strom mit relativ geringen Verlusten zu speichern.

Mal wieder eine Zufalls-Entdeckung

Kondensatoren sind in vielen Geräten als wichtige Ergänzungen zur Batterie nicht wegzudenken. Denn die Akkus können zwar viel elektrische Energie speichern, sie lassen sich aber nur vergleichsweise langsam be- und entladen. Wenn für Leistungs-Peaks schnellen Energieschübe benötigt werden, kommt man an einem Kondensator nicht vorbei. Schon in einem Smartphone sind daher oft hunderte Kondensatoren verbaut.

Während das Forschungsteam um Sang-Hoon Bae, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Materialwissenschaften, eigentlich andere Aspekte eines möglichen neuen Designs erforschen wollte, zeigten sich die nun im renommierten Wissenschafts-Journal Science publizierten Eigenschaften.


"Ursprünglich ging es uns nicht um die Energiespeicherung, aber bei der Erforschung der Materialeigenschaften stießen wir auf ein neues physikalisches Phänomen, von dem wir erkannten, dass es für die Energiespeicherung genutzt werden könnte", so Bae in einer Erklärung, "und das war sowohl sehr interessant als auch potenziell sehr viel nützlicher."

Dünnes Sandwich

Die Forscher haben hier einen dünnen 3D-Kern zwischen zwei äußeren 2D-Schichten eingefügt, um einen Stapel zu erzeugen, der nur 30 Nanometer dick ist. Die Sandwichstruktur ist weder vollständig leitend noch nicht-leitend. Dieses halbleitende Material ermöglicht also die Energiespeicherung mit einer Dichte, die bis zu 19 Mal höher ist als bei handelsüblichen ferroelektrischen Kondensatoren, und erreicht dabei einen Wirkungsgrad von 90 Prozent - ebenfalls besser als alles, was derzeit erhältlich ist.

Der Kondensator kann seine Energie dank der winzigen Lücke in der Materialstruktur behalten. "Dieses neue physikalische Phänomen ist etwas, das wir bisher nicht kannten", sagte Bae. "Es ermöglicht uns, dielektrisches Material so zu manipulieren, dass es sich nicht polarisiert und die Ladungsfähigkeit verliert." Das Studienteam will nun die Materialstruktur weiter optimieren, um ein ultraschnelles Laden und Entladen mit einer neuen hohen Energiedichte zu gewährleisten, ohne dass die Kapazität mit der Zeit verloren geht.


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