Graphen-Superkondensatoren: Elektroautos in sekundenschnelle laden

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Wissenschaftler von Nanotek Instruments und Angstrom Materials haben einen auf Graphen basierenden Superkondensator entwickelt, der über eine spezifische Energiedichte von 85,6 Wh/kg bei Zimmertemperatur und 136 Wh/kg bei 80 °C verfügt, gemessen bei einer Stromdichte von 1 A/g. Diese Werte seien Vergleichbar mit denen von NiMH-Batterien, so die Wissenschaftler, mit dem Unterschied, dass die neuen Superkondensatoren die Möglichkeit bieten innerhalb von Sekunden oder Minuten geladen oder entladen zu werden.

Dies seien die höchsten Werte, die jemals für Kondensatoren mit Kohlenstoff-Elektroden gemeldet wurden, ohne die Zuhilfenahme von leitfähigen Materialien wie Polymer oder Metalloxide, behaupten die Wissenschaftler. „Wir sind sicher, dass diese Entwicklung einen Durchbruch in der Energietechnologie bedeuten wird“, heißt es weiter.

Bereits 2006 behauptete die Forschergruppe um Bor Jang von Nanotek Instruments, dass Graphen als Elektrodenmaterial für Superkondensatoren verwendet werden könnte. Trotz zahlreicher Versuche, gelang es nicht die spezifische Kapazität mit dem theoretischen Wert von 550 F/g zu erreichen, da die Graphen-Flocken das starke Bedürfnis haben, sich schichtweise wiederzuverbinden.

Das Team fand jedoch heraus, dass eine hohe Kapazität von graphenbasierenden Elektroden durch die Verwendung von gekrümmten Graphen-Flocken möglich wird, da diese im Gegensatz zu den glatten Flocken nicht flach zusammenkleben können.

Die gekrümmte Morphologie ermöglicht die Bildung von zugänglichen Mesoporen, die benetzt mit ionischer Elektrolytflüssigkeit eine Betriebsspannung von mehr als 4 V ermöglichen.

Üblicherweise entfallen 25-50 Prozent des Gewichts eines Superkondensatorsystems auf das der Elektrode. Die spezifische Energiedichte auf Systemebene von graphenbasierenden Superkondensatoren kann mehr als 21,4-42,8 Wh/kg betragen und ist damit vergleichbar mit den Werten einer modernen Nickel-Metall-Hydrid-Batterie, wie sie in Hybrid-Fahrzeugen eingesetzt wird.

Jetzt gilt es, die Zyklenfestigkeit und die Skalierbarkeit des System zu verbessern, bevor es als Alternative für die heutigen Batterien in Elektrofahrzeugen infrage kommt.

Ein Artikel über die Graphen-Superkondensatoren wurde auf ACS journal Nano Letters veröffentlicht.

Erst vor zwei Monaten wurde der Nobelpreis für Physik an die zwei Wissenschaftler Andre Geim und Konstantin Novoselov verliehen, denen es 2004 gelang das zweidimensionale Material Graphen zu isolieren.

(mk/wattgehtab.com)