Konvektion beim Laden: Superkondensatoren sollen noch schneller laden
Ein Forschungsteam der Technischen Universität Darmstadt(öffnet im neuen Fenster) hat erstmals ein Phänomen beobachtet, welches die Aufladung in Hochleistungskondensatoren deutlich beschleunigt. Dabei werden geladene Teilchen nicht allein durch den Einfluss elektrischer Felder bewegt, sondern der Teilchenstrom selbst und somit die Konvektion trägt die Ionen mit sich.
Dadurch verläuft der Aufladevorgang wesentlich schneller. Erst bei Berücksichtigung dieser Strömung, die anhand einer einzelnen Pore simuliert wurde, können verlässliche Angaben zum Lade- und Entladeverhalten des Kondensators gemacht werden. Ohne diese zusätzliche Betrachtung lag der Fehler in den Berechnungen laut des Forschungsteams bei bis zu 90 Prozent.
Untersuchung der Gesamtstruktur notwendig
Die Studie, die in PNAS(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht wurde, konzentrierte sich auf eine einzelne Pore. Der Einfluss der Umwälzströmung wurde in ein mathematisches Modell übertragen, so dass keine aufwendigen Simulationen mehr nötig sind. Im nächsten Schritt müssen noch die Wechselwirkungen zwischen den Poren untersucht werden.
So sollen die Geometrie der Poren, das Material und die anliegende Spannung optimiert werden, um Superkondensatoren weiter zu verbessern. Mit ihren außergewöhnlichen Eigenschaften gelten sie als perfekte Ergänzung zu Batterien.
Wichtige Ergänzung zu chemischen Speichern
Zwar fällt die Energiedichte von Hochleistungskondensatoren gering aus, aber sie können je nach Aufbau bis zu hundertmal mehr Leistung bereitstellen als vergleichbare Batterien. Auch das Aufladen gelingt entsprechend schneller. Deshalb könnten damit Stromspitzen aufgenommen werden, um sie anschließend über einen längeren Zeitraum wieder abzugeben, vor allem an langsamer ladende Batterien.
Außerdem werden keine seltenen Rohstoffe benötigt, weil die Kondensatoren lediglich aus einem feinporigen Schwamm bestehen. Der setzt sich meist aus Kohlenstoff in Form von Nanoröhrchen, Aktivkohle oder Graphen zusammen. Auch Eisen kommt häufig zum Einsatz.
Mit vergleichsweise preiswerten Materialien und einer Lebensdauer von teilweise hunderttausend Ladezyklen könnten sie den Einsatz von Batteriespeichern im Stromnetz optimieren.