Neues Kohlenstoffdesign macht Superkondensator-Akkus alltagstauglich

Gespeicherte Energie steckt nicht nur in Batterien oder dem Tank. Auch in hauchdünnen Kohlenstoffschichten kann sich ein immenses Potenzial verbergen. Jetzt ist es gelungen, diese Energie neu zu ordnen - und eine Grenze der Speichertechnik zu verschieben.

Ein Durchbruch für Superkondensatoren

Superkondensatoren - auch Ultrakondensatoren genannt - gelten seit Jahrzehnten als Hoffnungsträger für die Energiespeicherung. Ihr Vorteil liegt in der extrem schnellen Lade- und Entladefähigkeit. Doch weil ihre Energiedichte stets weit hinter Batterien zurückblieb, blieben sie trotz vieler Versuche vor allem auf Nischenanwendungen wie Notstromsysteme, Bremsenergierückgewinnung oder Spezialelektronik beschränkt.

Das Problem, das die Nutzung im Alltag verhindert, war bekannt: Superkondensatoren speichern Strom nicht chemisch wie Batterien, sondern elektrostatisch. Das macht die hervorragenden Ladefähigkeiten möglich, sorgt aber traditionell für viel weniger Energiedichte. Der Grund: Nur ein kleiner Teil der Oberfläche des eingesetzten Kohlenstoffmaterials stand den Ladungsträgern tatsächlich zur Verfügung.

Unser Team hat gezeigt, wie man durch eine einfache Anpassung der Wärmebehandlung des Materials einen wesentlich größeren Teil dieser Oberfläche nutzbar machen kann.

Ein Team um den Ingenieur Mainak Majumder an der Monash University hat genau hier angesetzt. Durch eine spezielle Hitzebehandlung verwandelten sie gewöhnliches Grafit in ein Material mit neuen Eigenschaften: "multiskalig reduziertes Graphenoxid", kurz M-rGO. Die Schichten sind so stark gekrümmt, dass Ionen darin über definierte Bahnen zirkulieren können - fast ohne Hindernis. Das Ergebnis: Erstmals vereinen sich hohe Energiedichte und hohe Leistungsdichte in einem Superkondensator. Die neue Anordnung M-rGO im Vergleich (KI-Illustration/Basis: Nature) Die Tests an sogenannten Pouch-Zellen zeigten Werte, die bisher kaum erreichbar schienen: Energiedichten bis knapp 100 Wattstunden pro Liter, Leistungsdichten über 69 Kilowatt pro Liter und ein stabiles Verhalten über viele Ladezyklen. Damit bewegen sich die Speicher im Bereich klassischer Bleiakkus - laden jedoch um ein Vielfaches schneller.

Umsetzung läuft

Nun geht es an die Umsetzung. Das Monash-Spin-off "Ionic Industries" stellt bereits kommerzielle Mengen des Materials her und sucht Partner für konkrete Anwendungen. Unterstützt wird das Projekt nicht nur von australischen Förderprogrammen, sondern auch von der US Air Force, die sich für schnelle, robuste Energiespeicher interessiert.

Und was kommt jetzt? Sollte sich das Verfahren im industriellen Maßstab bewähren, könnten Superkondensatoren viele Rollen übernehmen, die bislang Batterien vorbehalten waren: schnelle Energiespeicher für Elektrofahrzeuge, Netzstabilisierung oder tragbare Elektronik. Damit wäre eine neue Generation von Stromspeichern in Sicht, die Geschwindigkeit und Kapazität auf neue Weise verbindet.


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