Einem Team um Roland Fischer, Professor für Anorganische und Metallorganische Chemie an der Technischen Universität München (TUM), ist es gelungen, einen hocheffizienten Superkondensator zu entwickeln. Basis des Energiespeichers ist ein neuartiges, leistungsfähiges und dabei nachhaltiges Graphen-Hybridmaterial, das vergleichbare Leistungsdaten aufweist wie aktuell verwendete Batterien und Akkus.
Superkondensatoren, besser bekannt unter dem Kürzel "Supercap" für die englische Beschreibung Supercapacitor, finden bereits heute in vielen technischen Gebieten ihre Anwendung, wenn es darum geht, elektrische Energie schnell zu speichern und wieder abzugeben. Ein Beispiel ist die elektrische Variante des KERS in der Formel 1, bei dem Supercaps als Stromspeicher eingesetzt wurden. Ein weiterer Vorteil der Supercaps ist deren hohe Zyklenfestigkeit; sie können also sehr oft aufgeladen und wieder entladen werden.
Größter Nachteil der Supercap-Technik ist bisher die im Vergleich zu herkömmlichen Akkus geringe Energiedichte. So lassen sich in Lithium-Ionen-Akkus, wie sie auch in Elektroautos verwendet werden, laut den Forschern bis zu 265 Wattstunden pro Kilogramm Batterie speichern, während Supercaps maximal ein Zehntel Wh/kg erreichen – sie wären bei gleicher Kapazität also zehn Mal so schwer wie ein Lithium-Ionen-Akku.
Kondensator erreicht Energiedichte von Standard-Akkus
Diesen Nachteil haben die Forscher nun zu einem gewissen Teil aufgehoben. Der neu entwickelte Superkondensator erreicht eine Energiedichte von maximal 73 Wh/kg und entspricht damit bereits dem Level eines Nickel-Metallhydrid-Akkus, wie sie oft in Haushalts-Akkus etwa für elektrische Kleingeräte Verwendung finden.
Grund für die hohe Steigerung bei der Leistungsdichte des Münchner Superkondensators ist eine neuartige Kombination verschiedener Materialien. Ein neu entwickeltes sogenanntes Graphen-Hybridmaterial hat dabei den Durchbruch gebracht. Es dient als positive Elektrode im Energiespeicher. Die Forscher kombinierten es mit einer schon bewährten, auf Titan und Kohlenstoff basierenden negativen Elektrode.
Das neue Elektrodenmaterial verleiht dem Superkondensator außerdem eine sehr hohe Lebensdauer. Während ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku auf rund 5.000 Ladezyklen kommt, erreicht der neue Supercap laut der Forschergruppe auch nach 10.000 Zyklen noch fast 90 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität.
Um als reiner Antriebsakku die aktuell gebräuchlichen Lithium-Ionen-Akkus in Elektroautos zu ersetzen, ist die Energiedichte des neuen Superkondensators noch zu gering. Ein Einsatz in anderen Mobilitätsanwendungen, um zum Beispiel Bremsenergie schnell speichern und später schnell abrufen zu können, ist dagegen durchaus denkbar.
