Superkondensator statt Batterie oder Akku

Ein Team um Professor Roland Fischer an der TU München (TUM) hat einen hocheffizienten Superkondensator entwickelt. Basis des Energiespeichers ist ein laut der TUM neuartiges, leistungsfähiges und nachhaltiges Graphen-Hybridmaterial. Das soll vergleichbare Leistungsdaten aufweisen wie aktuell verwendete Batterien und Akkus.

Der neue Energiespeicher erzielt demnach nicht nur eine Energiedichte von bis zu 73 Wh/kg. Das entspricht in etwa der Energiedichte eines Nickel-Metallhydrid Akkus. Mit seiner Leistungsdichte von 16 kW/kg leistet er auch deutlich mehr als die meisten anderen Superkondensatoren. Das Geheimnis des neuen Superkondensators, an der TU München entwickelt, liege in der Kombination verschiedener Materialien. Chemiker nennen den Superkondensator daher „asymmetrisch“.

Um die Leistungsgrenzen gängiger Materialien zu überwinden, setzt man auf sogenannte Hybridmaterialien. „Die Natur ist voll von hochkomplexen, evolutionär optimierten Hybridmaterialien. Knochen und Zähne sind Beispiele dafür, ihre mechanischen Eigenschaften wie Härte oder Elastizität ist durch Kombination verschiedener Materialien optimiert“, so Roland Fischer. Die Idee der Kombination von Basismaterialien übertrug das Forschungsteam auf die Superkondensatoren. Sie verwendeten als Grundlage der neuartigen positiven Elektrode chemisch verändertes Graphen. Und verbanden es mit einer nanostrukturierten metallorganischen Gerüstverbindung. Einem sogenannten Metal Organic Framework (MOF).

Entscheidend für die Leistungsfähigkeit beim Superkondensator, den man an der TU München entwickelt hat, seien einerseits eine große spezifische Oberfläche und steuerbare Porengrößen. Andererseits eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Für gute Superkondensatoren sei zudem eine große Oberfläche wichtig. Durch geschicktes Materialdesign sei es gelungen, die Graphensäure chemisch mit den MOFs zu verknüpfen. Die entstehenden Hybrid-MOFs haben nach Angaben der TUM sehr große innere Oberflächen. Bis zu 900 Quadratmeter pro Gramm. Und sie sind als positive Elektrode in einem Superkondensator extrem leistungsfähig.