»Electro-Graph«
Superkondensatoren aus Nanomaterial erreichen erhöhte Energiedichte
Lange Ladezeiten sind ein Grund dafür, warum sich Elektroautos in Deutschland bislang nicht durchsetzen konnten. Das vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung koordinierte EU-Projekt »Electro-Graph« hat für den mobilen Einsatz die Energiespeicherkapazität von Superkondensatoren verbessert.
Superkondensatoren können zwar schnell sehr viel Leistung abgeben, verfügen aber nur über eine geringe Energiedichte pro Masse. Durch ihre schnelle Lade- und Entladefähigkeit können sie im Auto jedoch vielfach Einsatz finden, etwa für Klimaanlage, Radio und andere Verbraucher. Die hierfür nötige Energie kann etwa durch Rückgewinnung der Bremsenergie gewonnen werden, sodass sie nicht zulasten der Antriebsbatterien entnommen werden muss. Eine deutlich erhöhte Speicherfähigkeit von Superkondensatoren war das Ziel des EU-Projektes »ElectroGraph«, das vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart koordiniert und jetzt erfolgreich abgeschlossen wurde. »Beim Speichervorgang wird die elektrische Energie in den Elektroden aufgenommen. Je größer die nutzbare Fläche der Elektroden entwickelt wird, desto mehr Energie kann gespeichert werden«, erklärt Carsten Glanz, Projektleiter und Gruppenleiter am IPA.
Ein Material-Kandidat für eine verbesserte Energiedichte von Superkondensatoren ist das Nanomaterial Graphen. Mit einer extrem hohen spezifischen Oberfläche von bis zu 2600 m2/g und einer hohen elektrischen Leitfähigkeit ist es dem bislang verwendeten Werkstoff Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche zwischen 100 und 800 m2/g überlegen. Graphen besteht aus einem ultradünnen, einlagigen Netz von Kohlenstoffatomen. »Der Raum zwischen den Elektroden ist mit einem flüssigen Elektrolyt gefüllt. Hierbei setzen wir auf ionische Flüssigkeiten. Graphenbasierte Elektroden in Kombination mit ionischen Elektrolyten sind die ideale Materialkombination«, sagt Glan.
In dem jetzt realisierten Herstellungsverfahren konnten Lagen des Materials so kombiniert werden, dass die theoretisch vorhandene Oberfläche auch praktisch nutzbar wurde und die Schichten sich nicht verbanden. Eine reduzierte Oberfläche würde die Energiespeicherfähigkeit reduzieren. »Die entwickelten Elektroden besitzen eine um 75% höhere Speicherkapazität im Vergleich zu kommerziell verfügbaren Elektroden, die bisher in Superkondensatoren eingesetzt werden«, sagt Carsten Glanz.
»Ich gehe davon aus, dass im Auto der Zukunft eine Batterie mit vielen, räumlich verteilten Kondensatoren gekoppelt sein wird, die etwa die Steuerung von Klimaanlage, Navigationssystem und Spiegeln übernehmen, so dass die Batterie entlastet und Spannungsspitzen beim Anlassen des Autos abgefangen werden können. Die Batterie ließe sich somit auch kleiner bauen.«Der vom Projektkonsortium entwickelte Demonstrationsenergiespeicher wird über Solarzellen gespeist und ist im Autospiegel untergebracht für dessen korrekte Einstellung er sorgt.
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