Stromspeicher
Superkondensatoren – Geladen wie der Blitz

Nicht nur Batterien sind zur Stromspeicherung geeignet. Auch Kondensatoren können Elektrizität aufnehmen und haben einige Vorteile gegenüber Akkus. Sie sind schnell zu laden und halten eine Ewigkeit. Jetzt ist einem Münchner Forscherteam ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen.

Kondensatoren Konkurrent zur Batterie?
Kondensatoren Konkurrent zur Batterie? (PDPhotos/Pixabay)

Erfunden hat sie der preußische Jurist und Naturwissenschaftler Ewald Georg von Kleist bereits im Jahre 1745, ein Verwandter des Dichters Heinrich von Kleist. Später dienten sie als Komponenten in der Nachrichtentechnik, zum Beispiel zur Unterdrückung von Störgeräuschen in Telefonnetzen. Als Stromspeicher eigneten sich Kondensatoren bis vor einigen Jahren nur im Zusammenhang von schlagartigen Entladungen, so in Blitzlichtern oder in der Medizin für Defibrillatoren.

Nach der Jahrtausendwende war die Entwicklung allerdings schon weit gediehen, dass Elon Musk im März 2011 die Vorhersage wagte, dass nicht Batterien, sondern Superkondensatoren die Entwicklung des E-Autos voran treiben würden. Dennoch: Bis jetzt dienen Superkondensatoren meist nur zu kurzfristigen Speicherung von vergleichsweise wenig Elektrizität, zum Beispiel in Bremssystemen zur Erhaltung der Bremsenergie. Moderne Antriebsbatterien speichern pro Kilogramm bis zu 265 Wattstunden, mehr als zehnmal so viel wie Superkondensatoren.

Jetzt hat ein internationales Team an der Technischen Universität München es geschafft, Superkondensatoren zu bauen, die eine Energiedichte von 73 Wattstunden pro Kilogramm aufweisen. Das entspricht immerhin mehr als einem Viertel der Energiedichte herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien. Möglich machte das die Verwendung eines Graphen-Materials, dass in einer metall-organischen Nano-Struktur zu einer Gerüstverbindung organsiert wird. Graphen sind Kohlenstoff-Modifikationen, die sich hervorragend mit anderen Materialien kombinieren lassen. Diese Graphen-Hybridstrukturen erlauben die Herstellung hyperporöser Stoffe, die große Oberflächen auf kleinstem Raum zulassen. Ein Gramm dieser Materie kann eine innere Oberfläche von bis zu 900 Quadratmeter enthalten.

Vereinfacht gesagt gilt für Superkondensatoren die Regel: Je mehr innere Oberfläche, desto mehr Kapazität. Denn an großen Oberflächen können sich viele Ladungsträger anheften. Vorteil des neuen Superkondensators ist neben der möglichen Schnellladung und Entladung die doppelt so lange Lebensdauer von 10 000 Ladezyklen im Vergleich zum Lithium-Ionen-Akku, die Unempfindlichkeit gegenüber Hitze und Kälte und die nicht vorhandene Explosionsgefahr.

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