Schwerpunkte

Nachhaltiger Superkondensator

Elektrode aus Baumwollabfall und Meerwasser als Elektrolyt

31. August 2020, 13:28 Uhr   |  Ralf Higgelke

Elektrode aus Baumwollabfall und Meerwasser als Elektrolyt
© International Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials

Anders als Akkus lassen sich Superkondensatoren sehr schnell laden und entladen und haben eine lange Lebensdauer. Nun haben indische Forscher eine Elektrode aus Baumwollabfall hergestellt und Meerwasser als Elektrolyt dafür erforscht.

Von den vier Hauptkomponenten eines Superkondensators – Elektrode, Elektrolyt, Separator und Stromkollektor – gehören die ersten beiden zu den Schlüsselelementen, die das elektrochemische Verhalten des Bauteils unmittelbar bestimmen. Die Herstellungskosten für die Elektroden und Elektrolyte müssen sinken, da diese beiden Bestandteile den Löwenanteil der Herstellungskosten der Bauelemente ausmachen.

Auf der Suche nach einem kostengünstigen Material zur Herstellung erschwinglicher Superkondensatoren haben Wissenschaftler des International Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials (ARCI), Baumwollabfälle aus der Textilindustrie durch einen Aktivierungsprozess in hochporöse Kohlenstoff-Fasern umgewandelt und anschließend diese zur Herstellung von leistungsstarken Elektroden für Superkondensatoren verwendet.

Die Forscher konnten auch nachweisen, dass sich Meerwasser als natürlicher Elektrolyt für die Herstellung von Superkondensatoren auf Wasserbasis eignet. Dies zeigt ein großes Potenzial für die praktische Umsetzung. Die Studie ergab, dass der Superkondensator auf Meerwasserbasis eine maximale spezifische Kapazität von 172 F/g bei einer Stromdichte von 1 A/g aufweist. Darüber hinaus zeigt der Superkondensator auf Meerwasserbasis eine sehr gute Lebensdauer bei 10.000 Ladungs-Entladungszyklen mit einer Kapazitätserhaltung von 99 Prozent und einer Coulomb-Effizienz (Ladewirkungsgrad) von 99 Prozent.

Superkondensator mit Solarzeller kombiniert

Der neuartige, nachhaltige und »grüne« Superkondensator des Forscherteams birgt ein großes Potenzial für die praktische Anwendung. Möglicherweise am wichtigsten ist jedoch eine integrierte Solarzelle mit diesem Superkondensator als kostengünstiges, umweltfreundliches, effizientes und selbstversorgendes System. Durch die erfolgreiche Demonstration dieses Systems konnte gezeigt werden, dass solarbetriebene Superkondensatoren nicht nur die elektrische Energie speichern, sondern auch die Nachteile der intermittierenden Natur der Sonneneinstrahlung überwinden können. Daher kann die integrierte Solarzelle mit Superkondensator aufgrund ihrer langen Lebensdauer und der wartungsfreien Stromversorgung als Energiespeicher für Energy Harvester eingesetzt werden.

»Die flächendeckende Nutzung erneuerbarer Energien verlangt, dass entsprechende Möglichkeiten zur kostengünstigen Speicherung elektrischer Energie geschaffen werden«, meinte Prof. Ashutosh Sharma, Sekretär des Development Centre of Department of Science and Technology (DST). »Diese Studie bietet eine Lösung für die Herstellung von Superkondensatoren aus so reichlich vorhandenen Materialien wie Baumwollabfällen und Meerwasser! Sie ist ein hervorragendes Beispiel für die kreative Forschung im Bereich nachhaltiger, grüner Prozesse, die die Prinzipien der Abfallvermeidung berücksichtigen.«

Originalpublikation

N. V. Challagulla, et al., Hierarchical Activated Carbon Fibers as a Sustainable Electrode and Natural Seawater as a Sustainable Electrolyte for High-Performance Supercapacitor, Energy Technology , DOI: 10.1002/ente.202000417

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