Ein Team des Schweizer Forschungsinstituts Empa entwickelt neue Elektroden für Superkondensatoren auf Basis von Graphen. Die Technologie soll eine deutlich höhere Energiedichte ermöglichen als bisherige Lösungen mit Aktivkohle. Gleichzeitig setzen die Forschenden auf Materialien und Verfahren, die sich industriell skalieren lassen. Das Projekt wird im Rahmen des Förderprogramms Bridge vom Schweizerischen Nationalfonds und der Innosuisse unterstützt. Es läuft bis 2028.
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Superkondensatoren – auch Supercaps genannt – speichern elektrische Energie elektrostatisch und zeichnen sich durch hohe Leistungsdichte und schnelle Lade- und Entladezeiten aus. Sie werden häufig in Kombination mit Batterien eingesetzt, etwa in Elektrofahrzeugen, Industrieanlagen oder Windkraftanlagen. Für Anwendungen in der Wasserstoffwirtschaft könnten sie etwa in Systemen mit stark schwankendem Leistungsbedarf eine Rolle spielen.
Graphen statt Aktivkohle
Kern der Entwicklung ist der Ersatz von Aktivkohle durch Graphen als Elektrodenmaterial. Aktivkohle bietet zwar eine große Oberfläche, hat aber eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Zudem erfordert ihre industrielle Verarbeitung Bindemittel und Zusatzstoffe, die die Porosität beeinträchtigen.
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Das Empa-Team nutzt ein eigenes Verfahren, um hochwertiges Graphen kostengünstig aus Graphit zu gewinnen und zu einer druckbaren Tinte zu verarbeiten. Durch die Kombination zweier Graphen-Arten lässt sich die Porengröße der Elektroden gezielt an die Ionen im Elektrolyten anpassen. „Wenn wir die Porengröße der Elektrode auf die Größe der Ionen im Elektrolyten abstimmen, steigt die Energiedichte des Superkondensators sprunghaft an“, erklärt Empa-Forscher Sina Azad.
Ziel: marktfähige Prototypen bis 2028
Die Forschenden wollen nicht nur die Elektroden entwickeln, sondern auch komplette Superkondensatoren mit der neuen Technologie herstellen: Dazu gehört die Auswahl geeigneter Elektrolyte, die Definition industrietauglicher Prozessschritte und die Charakterisierung der fertigen Produkte. „Wir wollen ein echtes, zuverlässiges Produkt entwickeln“, verspricht Azad. (nhp)
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