Queensland University: Neuer Hybrid-Superkondensator

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Australische Forscher haben einen neuen Hybrid-Superkondensator entworfen, der eine nahezu unmittelbare Ladung und Entladung ermöglicht. Er erreicht dabei bereits eine Energiedichte, die vergleichbar ist mit Nickel-Metallhydrid-Akkus.

Wie sich Batterien und Superkondensatoren ergänzen

Der neue Superkondensator von der Queensland University of Technology reiht sich in die wachsende Zahl von hybriden Systemen ein, welche die Vorteile von Superkondensatoren und Batterien vereinen. Lithium-Batterien speichern Energie in chemischer Form und haben deshalb eine hohe Energiedichte, können also viel Energie speichern. Supercaps haben im Vergleich dazu eine recht niedrige Energiedichte, können aber dafür Energie sehr schnell aufnehmen und abgeben, sind also schneller aufgeladen. Das ist möglich, weil sie Energie statisch statt chemisch speichern.

Das kann der Hybrid-Superkondensator aus Queensland

Die Forscher aus Queensland beschreiben ihren Hybrid-Superkondensator im Fachjournal Advanced Materials. Er nutzt eine Kondensator-ähnliche negative Elektrode auf Titankarbid-Basis und eine batterietypische positive Elektrode aus einem Graphen-Hybridmaterial. Das Ergebnis ist ein Hybrid-Kondensator mit einer Leistungsdichte (und damit Ladefähigkeit), die „etwa zehn Mal so hoch ist wie bei Lithiumbatterien“, und einer Energiedichte, „die denen von Nickel-Metallhydrid-Batterien nahekommt“.

Konkret liegt die Energiedichte bei 73 Wattstunden/kg und damit bei etwa 28 Prozent dessen, was die neusten Elektroauto-Batterien können. Die Leistungsdichte des Hybrid-Superkondensators dagegen erreicht bis zu 1.600 Watt/kg und liegt weit über den bei Lithiumbatterien üblichen 250-340 Watt/kg. Ein Smartphone oder Elektroauto mit so einem Stromspeicher müsste zwar häufiger geladen werden. Das würde allerdings nicht so stark ins Gewicht fallen, weil das Aufladen deutlich schneller geht.

Ein Beispiel: Ein Tesla Model S Plaid+ hätte dann eine Reichwatte von nur etwa 145 Meilen (233 Kilometer) statt heute 520 Meilen (837 Kilometer). Doch dafür könnte man fünfmal schneller laden als heute, sofern es die Ladeinfrastruktur erlaubt. Die wiederum ist der Flaschenhals, denn solche hohen Ladeleistungen belasten das Stromnetz stark, sofern der Strom nicht in riesigen Batterien an den Ladestationen zwischengespeichert wird.

Der Hybridspeicher aus Queensland hat übrigens auch eine doppelt so lange Lebensdauer wie heutige Lithiumbatterien. Nach 10.000 Ladezyklen besitzt er noch 90 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität, schreiben die Forscher. Die Leistungsdaten entsprechen etwa dem, was die SuperBattery von Skeleton Technologies verspricht und was andere Forschungsprojekte mit Hybrid-Superkondensatoren bereits erreichen.

Viele Anwendungsfelder

Das Konzept ist also vielversprechend, auch wenn solche Akkus heutige Lithium-Batterien in Elektroautos in absehbarer Zeit nicht ersetzen werden. Es gibt jedoch viele andere Anwendungsfelder für diese Zwischenlösungen: Etwa als Ersatz für die Blei-Säure-Bordnetzbatterien, die die heutigen Elektroautos noch benötigen. Auch in der Industrie sind sie bestens geeignet für den schnellen Energieausgleich und das Spitzenlastmanagement.

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