Sonstige Komponenten

(Quelle: University of Arizona) Forscher an der Universität von Arizona entwickeln eine Kondensatortechnik basierend auf DESDs (Digitated Energy Storage Devices), welche die Einschränkungen der bisherigen batteriebetriebenen Hybridfahrzeuge deutlich verbessern könnte. DESDs speichern und entladen mittels Nanostrukturen schnell große Energiemengen.

Die bisherigen klassischen Supercaps liefern hohe und schnelle Energieumsätze, allerdings bei sehr geringen Speicherkapazitäten. Die DESD-Technologie verspricht einen Durchbruch mit deutlich größerer Speicherkapazität und gleichzeitig geringer Bauform.

Der Durchbruch von DESD wurde von Professor Olgierd Palusinski, seinem früheren Studenten Ken Bartley, Ingenieur Jaeheon Lee und seinem restlichen Team erreicht.

DESD Technik

DESDs haben ein sehr hohes Kapazität zu Volumen Verhältnis, das mehr als 10.000-mal größer als bei bisherigen konventionellen Kondensatoren von derselben Grösse ist. Dies ermöglicht große Kapazitäten in einem kleinen Gehäuse, gepaart mit den Vorteilen der Kondensatortechnik.

Die UA Forscher bauen DESD Kondensatoren durch Verwendung von handelsüblichen porösen Membranen. Die Membranen haben einen Porendurchmesser, der sich von 15 Nanometer bis zu 1 Mikrometer erstreckt, und eine Lochdichte von 10 Millionen bis 100 Billionen Poren pro Quadratzentimeter.

Ein Mikrometer entspricht dem Millionstel eines Meters. Ein Nanometer entspricht dem Milliardstel eines Meters. Um eine Idee davon zu bekommen, wie klein dies ist, eine Pore mit 15 Nanometer könnte man 66.000-mal aufreihen und man würde eine Grösse von 1 Millimeter erhalten. Um die Kondensatoren zu formen, werden die Membranporen mit Kupfer gefüllt, um einen grossen Kupferoberflächenbereich auf kleinstem Raum zu schaffen.

Umweltvorteile

Nicht nur dass diese Technik die Hybridfahrzeuge effizienter machen könnte, zusätzlich könnte DESD diese umweltfreundlicher machen. Da DESDs nicht wie Batterien verschleißen und die Lebensdauer des Fahrzeugs übertreffen würden.

„Der einschränkende Faktor ist die niedrige elektrische Spannung (weniger als 5 Volt), mit der die DESDs derzeit betrieben werden können“, sagte Palusinski. Diese Limitierung der Spannung kann aber durch eine Serienschaltung der DESDs umgangen werden. Die Nennspannung erhöht sich dann im direktem Verhältnis zu der Anzahl der DESDs und die Gesamtspannung wird auf die einzelnen DESDs aufgeteilt. Jedoch bewirkt die Serienschaltung eine Kapazitätsverringerung. Diese wiederum kann durch die Parallelschaltung von mehreren in Serie geschalteten DESDs wieder ausgeglichen werden, erklärt Palusinski. Die Kapazität der DESDs addiert sich bei der Parallelschaltung. Also das gleiche Verhalten wie bei den bisherigen Kondensatoren.

„Es werden Investoren für eine zusätzliche Finanzierung für diese Forschung gesucht“, fügte Palusinski hinzu. Die kommerzielle Entwicklungsstufe soll bald erreicht sein, jedoch sind dafür noch zusätzliche Studien notwendig.

Andere Anwendungen

Neben den Hybridfahrzeugen sind auch Anwendungen in den Bereichen der Mikrochiptechnik, mobile elektronische Geräte und für Sensornetzwerke geplant.

Neben der vor kurzem vorgestellten Ultracap-Technologie EESU (Electrical Energy Storage Units) von dem texanischen Hersteller EEStor (früherer Bericht), wäre DESD schon der zweite Durchbruch in der Kondensator-Technologie. Jedoch sind beide Techniken noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium und es werden noch viele technische Hürden zu nehmen sein. Eine gewisse Skepsis und Unglaubwürdigkeit wird auch hier angebracht sein.



















Diese Abbildung von einem Elektronenmikroskop zeigt einen kleinen Querschnitt von einer poröser Membran mit eingebetteten Kupfer-Nanodrähten. Die Drähte haben etwa 200 Nanometer im Durchmesser.















Schema eines DESD.


Quelle: University of Arizona