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Neue Ansätze in der Energiespeicherung Superkondensatoren: Mit Tinte zu mehr Power

Von Michael Richter 2 min Lesedauer

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Superkondensatoren speichern Ladung. Allerdings so viel, dass diese Energiespeicher in vielen Anwendungen eine echte Alternative zu Batterien darstellen. Ein Forscherteam der Empa hat nun gezeigt, dass sich ihre Leistungsfähigkeit mit neuen Materialien und cleverem Design nochmals deutlich steigern lässt.

Die Graphen-Elektrode ist das Geheimnis der neuen Superkondensatoren.(Bild: Empa)
Die Graphen-Elektrode ist das Geheimnis der neuen Superkondensatoren.
(Bild: Empa)

Im Unterschied zu klassischen Batterien, die chemische Reaktionen nutzen, arbeiten Superkondensatoren rein physikalisch: Sie speichern Energie an der Oberfläche ihrer Elektroden. Dadurch können sie enorme Ströme in sehr kurzer Zeit aufnehmen und wieder abgeben – ideal etwa für Brems- und Beschleunigungsvorgänge in Fahrzeugen oder für Systeme, die blitzschnell Energie benötigen. Bisher war allerdings ihre Energiemenge begrenzt, was den Einsatz in vielen Bereichen erschwerte.

Ein neuer Ansatz

Die Empa-Forschern wählten deshalb einen Ansatz über die Materialstruktur. Sie entwickelten nanoporöse Elektroden, deren Oberfläche ein Vielfaches größer ist als bei herkömmlichen Materialien. In Kombination mit neuartigen Elektrolyten entsteht so eine Speicherarchitektur, die mehr Energie aufnimmt, ohne an Ladegeschwindigkeit einzubüßen. Entscheidend ist zudem, dass die Bauteile über viele tausend Lade- und Entladezyklen hinweg stabil bleiben. Ein zentraler Vorteil gegenüber Batterien, die mit der Zeit an Kapazität verlieren.

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Tests im Labor zeigten, dass die neuen Superkondensatoren nicht nur höhere Energiemengen speichern, sondern auch robuster gegenüber Temperaturschwankungen sind. Damit eröffnen sich Einsatzmöglichkeiten in Bereichen, in denen klassische Batterien an ihre Grenzen stoßen – etwa in industriellen Maschinen, im öffentlichen Verkehr oder bei Notstrom- und Netzstabilisierungsanlagen.

Ein weiterer Pluspunkt: Die für die Herstellung verwendeten Materialien sind vergleichsweise preiswert und lassen sich umweltfreundlicher recyceln als viele gängige Batterierohstoffe. Für die Forschenden ist dies ein entscheidender Schritt in Richtung nachhaltiger Energiespeicherung.

Besonders innovativ ist der Einsatz einer leitfähigen „Tinte“, die aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Polymeren besteht. Mit ihr lassen sich Elektroden im Druckverfahren herstellen, deren feine Porenstrukturen gezielt gesteuert werden können. Dadurch vergrößert sich die aktive Oberfläche für die Ladungsspeicherung erheblich.

Langfristig könnten die verbesserten Superkondensatoren also helfen, die Energiewende praktikabler zu gestalten. Sie könnten Batterien nicht vollständig ersetzen, aber in Kombination mit ihnen Systeme schaffen, die sowohl langlebig als auch extrem leistungsfähig sind. (mr)

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