TU München: Superkondensator auf Basis von Hybridmaterial

Forscher an der Technischen Universität München (TUM) haben einen hocheffizienten Superkondensator entwickelt. Basis des Energiespeichers ist ein neuartiges Graphen-Hybridmaterial, das vergleichbare Leistungsdaten aufweist wie aktuell verwendete Batterien.

Im Gegensatz zu Akkus setzen Superkondensatoren nicht auf chemische, sondern auf eine kapazitive Energiespeicherung. Ihre große Stärke ist, dass sie sehr schnell große Energiemengen speichern und ebenso schnell wieder abgeben können. Ihre Schwäche ist bislang ihre geringe Energiedichte. Das äußert auch die TU München in der Einleitung ihrer Pressemitteilung: „Während Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine Energiedichte von bis zu 265 Wattstunden pro Kilogramm erreichen, liefern bisherige Superkondensatoren lediglich ein Zehntel davon.“

An der TU München feilt ein Team um Roland Fischer, Professor für Anorganische und Metallorganische Chemie, an einer Verbesserung dieser Eigenschaft. Schlüssel dazu soll ein leistungsfähiges und gleichzeitig nachhaltiges Graphen-Hybridmaterial sein, das als positive Elektrode im Energiespeicher dient und mit einer bewährten, auf Titan und Kohlenstoff basierenden negativen Elektrode kombiniert wird.

„Der neue Energiespeicher erzielt damit nicht nur eine Energiedichte von bis zu 73 Wh/kg, was in etwa der Energiedichte eines Nickel-Metallhydrid-Akkus entspricht, sondern leistet mit seiner Leistungsdichte von 16 kW/kg auch deutlich mehr als die meisten anderen Superkondensatoren“, heißt es in der Mitteilung. Das Geheimnis des neuen, „asymmetrischen“ Superkondensators sei die Kombination verschiedener Materialien, konkret chemisch verändertes Graphen in Kombination mit einer nanostrukturierten metallorganischen Gerüstverbindung („metal organic framework“, MOF). Die Forscher führen aus, dass es durch geschicktes Materialdesign gelungen sei, Graphensäure chemisch mit den MOFs zu verknüpfen. „Die entstehenden Hybrid-MOFs haben sehr große innere Oberflächen von bis zu 900 Quadratmetern pro Gramm, und sind als positive Elektrode in einem Superkondensator extrem leistungsfähig.“ Außerdem sei das Hybridmaterial sehr stabil: Die neue Zelle behalte auch noch nach 10.000 Zyklen fast 90 Prozent der Kapazität, teilt die TU München mit.

Das Forscherteam setzt sich aus internationalen Spezialisten zusammen. Unterstützt wurde das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Alexander von Humboldt-Stiftung, dem Indian Institute of Technology Jammu, der Queensland University of Technology und dem Australian Research Council (ARC) sowie über das tschechische Bildungsministerium vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.

Superkondensatoren rücken zunehmend in den Fokus von Wissenschaftlern. Erst vor einigen Wochen haben Forscher an der TU Graz die Energiespeicherung in einem bisher recht unerforschten hybriden Superkondensator untersucht. Dieser stellt eine Kombination aus Batterie und Superkondensator dar, der die Vorteile beider Technologien vereinen soll.
tum.de