Batterie und Superkondensator vereint

  • 01. December 2016

Ionische Flüssigkeit ermöglicht zugleich hohe Energiedichten und hohe Leistungen.

Batterien und Super­konden­satoren: Beide elektro­chemischen Energie­Speicher speichern Energie, und beide geben sie gezielt wieder frei – das allerdings mit großen Unter­schieden: Batterien speichern sehr große Energiemengen, die sie langsam, aber beständig wieder abgeben. Superkonden­satoren können nur geringe Energie­mengen speichern, geben diese Energie aber viel leistungs­stärker ab und erzielen kurz­zeitige Spitzen­leistungen.

Abb.: Molekülstruktur des Ladungsspeichers aus einer ionischen Flüssigkeit. (Bild: E. Mourad et al. TU Graz / NPG)

Abb.: Molekülstruktur des Ladungsspeichers aus einer ionischen Flüssigkeit. (Bild: E. Mourad et al. TU Graz / NPG)

Stefan Freunberger von der TU Graz stellten sich gemeinsam mit einer Forscher­gruppe der süd­französischen Université de Montpellier eine zentrale Frage: Wieso nicht die Vorteile von Batterien und Super­kondensa­toren gleich­zeitig nutzen und in einer Art Energie­hybrid vereinen? Die Gruppe verfolgte erstmals einen Ansatz mit einem flüssigen Ladungs­speicher­material, das ähnlich hohe Energie­dichte wie Batterien aufweist, dabei aber so hohe Leistungen wie ein Super­kondensator erzielt.

„Der Grund, warum Batterien Energie so langsam abgeben und lange Ladezeiten haben, sind die festen Ladungs­speicher, in denen sich die Ionen schwer bewegen können. In Super­kondensatoren bewegen sich die Ionen hingegen in Flüssig­keiten, sind also viel beweg­licher als in Festkörpern“, erklärt Stefan Freun­berger vom Institut für Chemische Techno­logie von Materialien der TU Graz. Die neuartige redox­aktive ionische Flüssig­keit, die Freunberger mit den fran­zösischen Kolleginnen und Kollegen entwickelt hat, besteht aus einem organischen Salz, das bei einer Temperatur von knapp 30 Grad Celsius, also leicht über Raum­temperatur, flüssig ist. Diese Flüssig­keit kann ähnlich wie ein Festkörper­speicher viele Ionen einspeichern, erlaubt den Ionen aber viel bessere Beweg­ichkeit.

Freun­berger und Kollegen entwickelten damit ein integriertes Energie­liefersystem für beständige Energie­versorgung mit hoher Leistung. Doch sie sind nicht für alle Anwendungen unein­geschränkt geeignet. Automatische Türen, etwa in Straßen­bahnen oder Zügen, sind eindeutig ein Fall für Superkonden­satoren. Energie wird nur ganz kurze Zeit gebraucht, dafür mit hoher Leistung. In anderen Fällen sind Batterien das Mittel der Wahl. „Unser Prinzip des Energie­hybrids kann aber beispielsweise für den Einsatz in Elektroautos enorme Vorteile bringen. Bislang finden sich in E-Autos oft verschiedene Batterie­typen oder Batterie­systeme gemeinsam mit Superkonden­satoren. Ein einziges System mit den Vorteilen beider Energie­speicher könnte Platz und Ressourcen sparen“, sagt Freunberger.

TU Graz / JOL

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