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Superkondensatoren oder Supercaps sind enorm leistungsfähig, doch sie können in punkto Energiedichte nicht mit herkömmlichen Akkus mithalten. Britische Forscher haben jetzt einen Superkondensator mit deutlich erhöhter Energiedichte entwickelt, der herkömmliche Akkus ersetzen könnte. Doch die Technologie hat beim Einsatz im Elektroauto auch einige Nachteile.
Neue Polymere können wesentlich mehr Energie speichern
Supercaps ermöglichen höhere Zyklenzahlen und lassen sich viel schneller laden und entladen als Akkus, die auf chemischen Prozessen basieren. Wegen ihrer niedrigen Energiedichte (sie liegt bei etwa 5% im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus) setzt man sie allerdings zur Zeit nur für Pufferfunktionen ein. Ein Elektroauto mit einem Superkondensator an Bord könnte zwar innerhalb kurzer Zeit aufgeladen werden, käme aber nur wenige Kilometer weit. Forscher der Universitäten Bristol und Surrey und der Speicherspezialist Superdielectrics Ltd wollen nun genau dieses Problem gelöst haben: Sie arbeiten mit neuen Polymeren, die bei gleichem Gewicht tausend- bis zehntausendmal so viel Energie speichern können wie bisherige Supercaps. Diese haben eine spezifische Kapazität von etwa 0,3 Farad/cm². Wie die Forscher mitteilten, erreichten ihre Supercaps mit glatten, kostengünstigen Elektroden aus Metallfolien eine elektrische Kapazität von 4 Farad je cm² (F/cm²). Mit optimierten Elektroden aus Edelstahl waren sogar Kapazitäten von bis zu 20 F/cm² möglich.
Erster Prototyp vom Superkondensator in zwei Jahren angestrebt
Diese Ergebnisse machen Hoffnung, dass Supercaps bald Energiedichten von bis zu 180 Wh/kg erreichen und damit aktuelle Lithium-Ionen-Batterien übertreffen könnten. Diese haben Energiedichten von 100 bis 120 Wh/kg. Vorerst müssen die Forscher allerdings die Laborwerte in eine industrielle Produktion überführen. Dazu wird Superdielectrics ein Forschungs- und Produktionszentrum aufbauen und dort zunächst kleine Stückzahlen produzieren. Ein Prototyp für den kommerziellen Einsatz könnte innerhalb von zwei Jahren fertig sein.
Elektroautos mit Supercaps wären trotzdem auf eine Batterie angewiesen
Verläuft die Produktion erfolgreich, könnten Elektroautos künftig innerhalb von Minuten aufgeladen werden. Elon Musk prophezeite schon 2011, dass künftig Supercaps und nicht Akkus den Strom für Elektroautos liefern würden. Ein Nachteil der Technologie ist allerdings, dass Superkondensatoren die Energie nicht so lange speichern können wie Akkus. Würde man ein solches Elektroauto für einige Zeit nicht nutzen, wäre anschließend ein Großteil der gespeicherten Energie dahin. Die Forscher gehen deshalb davon aus, dass die ersten Stromer mit Superkondensatoren übergangsweise auch eine kleine Batterie an Bord haben werden. Ein weiteres Einsatzfeld für die neuen Supercaps wäre auch die kostengünstige Speicherung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonne, Wasser und Wind. Wegen der letztendlich begrenzten Rohstoffe suchen Forscher und Unternehmen weltweit nach neuen, kostengünstigen und umweltfreundlichen Alternativen zur Energiespeicherung auf Lithium-Ionen-Basis.
Update 04.03.2019: Superdielectrics präsentiert auf der CleanEnergy Monaco am 14. und 15.03.2019
Superdielectrics hat heute mitgeteilt, dass das Unternehmen seine Superkondensatoren und Supercaps auf der CleanEnergy Monaco ausgewählten Investoren präsentieren wird. Eine Expertengruppe hat Superdielectrics als eine der weltweit innovativsten Unternehmern für nachhaltige Technologien ausgewählt. Diese können ihre Produkte exklusiv ausgewählten Investoren vorstellen.
Wie funktionieren Superkondensatoren
Superkondensatoren oder Supercaps gelten als Energiespeicher der Zukunft: Sie können Strom extrem schnell aufnehmen und wieder abgeben und haben eine hohe Kapazität. Deshalb sind sie auch zunehmend interessant für die Solarwirtschaft und für die Elektromobilität. Doch wie funktionieren Superkondensatoren eigentlich und wo liegen aktuell ihre Grenzen?
So funktionieren Superkondensatoren grundsätzlich
Supercaps speichern Energie anders als Akkus, nämlich nach dem Prinzip der Ladungsverschiebung. Sie bestehen aus zwei durch einen Separator voneinander getrennten Elektroden. Der Ladungsaustausch erfolgt durch einen Elektrolyt, der die Elektroden großflächig befeuchtet. Wird eine Spannung angelegt, bildet sich an ihnen je eine unbewegliche Schicht von negativ und positiv geladenen Ionen, der sogenannten Helmholtz-Doppelschicht. Diese beiden Schichten wirken wie zwei in Serie geschaltete Kondensatoren. Es findet also nur eine Ladungsverschiebung statt, keine langwierige chemische Stoffänderung wie bei herkömmlichen Akkus. Deshalb lassen sich Supercaps sehr schnell laden und entladen. Ihre Kapazität hängt von Größe der beiden leitenden Flächen, ihrem Abstand zueinander und der Dielektrizitätszahl des zwischen ihnen befindlichen Dielektrikums ab.
Arten von Superkondensatoren
Superkondensatoren sind je nach Ausführung ihrer Elektroden in verschiedenen Arten unterteilt: Doppelschicht-Kondensatoren arbeiten mit Aktivkohle als Elektrodenmaterial. Sie speichern die elektrische Energie statisch in den Helmholtz-Doppelschichten an den Elektroden. Bei Pseudokondensatoren bestehen die Elektroden dagegen aus Metalloxiden oder leitfähigen Polymeren. Pseudokondensatoren speichern Energie elektrochemisch durch den faradayschen Ladungsaustausch mithilfe von Redoxreaktionen. Sogenannte Hybridkondensatoren kombinieren die statische und die elektrochemische Speicherung: Sie besitzen eine Elektrode mit einer hohen Doppelschichtkapazität und eine mit einer hohen Pseudokapazität.
Vor- und Nachteile heutiger Superkondensatoren
Superkondensatoren werden zum Beispiel in Solarsystemen und Windkraftanlagen, teilweise auch in der Elektromobilität eingesetzt. Sie dienen als Pufferspeicher bei Lastspitzen, zur Überbrückung von kurzfristigen Stromausfällen, für die Energierückgewinnung per Rekuperation oder zur Ergänzung von herkömmlichen Batterien. Neben ihrer hohen Kapazität und schnellen Ladefähigkeit halten Supercaps außerdem eine sehr hohe Anzahl an Ladezyklen aus. Sie sind unempfindlich gegen mechanische Einflüsse, etwa Vibrationen.
Der größte Nachteil von Supercaps ist ihre geringe Energiedichte, die bei weitem nicht an die von gängigen Lithium-Ionen-Akkus herankommt. Das bedeutet, dass ein Li-Io-Akku gleicher Bauform deutlich mehr Energie speichern kann als ein Superkondensator. Doch dank ihrer hohen Kapazität spielen Superkondensatoren dennoch eine wichtige Rolle in vielen Bereichen, in denen eine zuverlässige und abrupte Stromversorgung wichtig ist.
Wie Supercaps im Elektroauto eingesetzt werden
Superkondensatoren werden bereits jetzt in Elektroautos eingesetzt, zum Beispiel im Motorsport als Pufferspeicher in Kombination mit Akkus. Auch Mazda und Peugeot setzen sie in kleinem Umfang zur Rekuperation ein. Tesla-Chef Elon Musk ist vom Potenzial der Speicher überzeugt: Er machte kürzlich Schlagzeilen mit der Übernahme von Maxwell Technologies, einen Spezialisten für Superkondensatoren.
Quellen / Weiterlesen
Hypercaps: Kondensatoren greifen Lithium-Akkus an | elektor
Energy storage leap could slash electric car charging times | The Guardian
The supercapacitor electric bus is adopted in China | SupercapTech.com
Superdielectrics Ltd Selected to Present at CleanEquity® Monaco 2019 | PR Newswire
Superkondensator | Wikipedia
So funktionieren Super- und Ultrakondensatoren als Stromspeicher | energie-experten.org
Wissenswertes zu Supercaps | Conrad
Bildquelle: Wikipedia – Von Elektroauto_1.jpg: Michael Movchin – Diese Datei wurde von diesem Werk abgeleitet Elektroauto 1.jpg: ,CC BY-SA 3.0
Batterien und Kondensatoren? Das ist doch Technik auf Steinzeitniveau. Ein gewisser Nikola Tesla – dessen Name nicht umsonst gleich von zwei Elektorautokonzernen missbraucht wird – hatte bereits 1930 ein Auto erfunden, das ohne solche Energiespeicher auskam. Stattdessen nutzte er einfach die Äther-Energie (heute würde man dazu wohl „Dunkle Energie“ sagen).
http://www.teslasociety.ch/info/teslacar/
Allerdings lässt sich die Nutzung dieser Energie natürlich weder sinnvoll vermarkten noch besteuern. Und deshalb hat an deren Nutzung auch niemand ein Interesse. Nikola Tesla, dessen wissenschaftlicher Antrieb dagegen unter anderem die Versorgung aller mit kostenloser Energie war, wurde deshalb ja schon zu Lebzeiten systematisch zugrunde gerichtet.
Und ausgerechnet Albert Einstein, ein bestenfalls mittelmäßiger Schüler, mittelmäßiger Student, Fachlehrer für Mathematik und Physik ohne Anstellung und schließlich mittelmäßiger Patentbeamter, soll angeblich bewiesen haben, dass es gar keinen Äther gibt, womit Teslas Erkenntnisse von der etablierten Physik erfolgreich ins Reich des Okkulten verdrängt werden konnten – weshalb diese den Herrn Einstein auch überschwänglich feierten, obwohl noch heute keiner Einsteins Theorien wirklich nachvollziehen kann. Dass das aktuell als gültig festgelegte Weltbild offenkundig nicht funktioniert und man deshalb längst Krücken wie „Dunkle Energie“ und „Dunkle Materie“ erfinden musste, stört die Nutznießer dieser Manipulation nicht wirklich. Mit den selben Methoden haben die Honorationen der Wissenschaft auch die aus heutiger Sicht völlig absurde Phlogistontheorie trotz jeder Menge bekannter Widersprüche über etliche Jahrzehnte hinweg gerettet, bis Antoine Lavoisier endlich unbestreitbar nachwies, dass sie ausgemachter Blödsinn ist. Und bei der Treibhaustheorie wendet man ja aktuell ebenfalls erfolgreich diese Verneblungstaktik an, obwohl auch da offenkundig ist, dass diese Hypothese rein gar nichts mit wissenschaftlichen Erkenntnissen zu tun hat.
Schön, dass sich wieder was bewegt. Es war ja ein paar Jahre recht still geworden um die Supercaps.
Dass unser unsägliches Klimatröllchen wieder seinen üblichen uappetitlichen Schleim absondern muss, ist nur eine lästige Nebenerscheinung. Der lernt das nicht mehr.
Die Hohlerde-Reichsbürger-Verschwörungsfantasien, die er hier auftischt (neben den bei seiner Mischpoche üblichen Verleumdungen Einsteins) könnten so lustig sein. Wenn man nicht annehmen müsste, unser Klima-Rumpelstilzchen meinte das ernst.
Wenn man denkt, es geht nicht dümmer, Hentinger schafft´s immer!
Herrlich Alex1, Sie leugnen also nicht nur die Existenz des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik und behaupten deshalb, dass man Wasser durch den Einsatz von ausreichend viel Eis zum Kochen bekommen kann, sondern bestreiten nun auch noch die Existenz der Dunklen Energie – und somit offenbar auch, dass sich das Universum mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnt. Und als wäre das allein nicht schon albern genug, tun Sie auch noch so, als wäre ich derjenige mit den seltsamen Ansichten.
Da Sie sich bekanntlich auch für einen Experten für die Entwicklung der Klimata halten, können Sie uns sicherlich auch erklären, warum es vor etwa 2000 Jahren wärmer war, als heute – bei gleichzeitig niedrigerer CO2-Konzentration in der Atmosphäre:
https://translate.google.de/translate?hl=de&sl=da&tl=de&u=http%3A%2F%2Fborsen.dk%2Fopinion%2Fblogs%2Fview%2F17%2F4901%2Fekstremt_spandende_fund_vidner_om_gletsjernes_anden_historie.html
Falsch, alter Klimatroll: Ich leugne nicht den 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Du verstehst ihn nicht. Das ist Dein Problem.
Aber da Du ja auch Einstein leugnest (neben der globalen anthropogenen Erwärmung), bist Du eh nicht satisfaktionsfähig. Deine dümmlichen Provokationen ziehen nicht.
Alex1, dass Sie und ich weder dem selben Stand angehören noch angehören wollen, ist auch dann für jeden offensichtlich, wenn Sie das nicht ständig wiederholen.
Und Sie können uns ja gerne mal ausführlich erklären, wie der 2. Hauptsatz der Thermodynamik in Ihrer Welt anzuwenden ist. Die Nummer, dass hinter dem Eis eine warme Wand stehen muss, damit das Eis tatsächlich Wärmestrahlung abgeben kann, hat außer Ihnen bisher sicher niemand verstanden.
Wie kommen Sie darauf, dass ich Einstein leugne? Den Typen hat es selbstverständlich tatsächlich gegeben. Nur das, was er behauptet hat, ist halt teilweise mindestens fragwürdig. Besonders lustig ist daran aber, dass er erklären wollte, warum das Licht sich auch dann in alle Richtungen (scheinbar) gleich schnell bewegt, wenn es sich relativ zur Bewegung des Äthers in verschiedene Richtungen bewegt (Michelson-Morley-Experiment) – obwohl es den Äther laut Einstein gar nicht gibt, womit sich das scheinbare Problem ja von selbst erledigt hat.
OMG, nur noch wirres Zeug. Aluhut-Alarm!