Neuer Superkondensator mit „atmender“ Elektrode

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Dank Elektrode mit Chlorgas ist eine hohe Leistung- und Energiedichte in einem Superkondensator möglich. Ein Superkondensator kann Akkus ergänzen oder ersetzen, jedoch fehlten ihnen bisher eine hohe Energiedichte. Die neue Entwicklung eines atmenden Superkondensators ist jedoch vielversprechend.

Exkurs: Wie eine Eidechse den Energiespeichermarkt revolutionierte

Entdeckt hat die Idee hinter dem neuen Superkondensator ein Team der East China University of Science and Technology (Shanghai) und der University of Oxford (UK). Inspiriert wurden die Wissenschaftler durch eine kleine Eidechse, die für ihre Tauchgänge eine Luftblase mitnimmt und damit unter Wasser atmen kann.

Anolis leben an Land, sie können aber auch unter Wasser atmen, wenn sie Nahrung suchen. Die Luftblase, die sie mitnehmen, haftet fest an einer Schuppenschicht am Kopf. Sobald sie unter Wasser ist, atmet sie diese Blase immer wieder ein und aus. Ebenso kann der neue atmende Superkondensator aus porösen Kohlenstoffmaterialien eine Gasschicht festhalten, wenn man sie in eine Kochsalzlösung als Elektrolyt taucht. Allerdings wird kein Sauerstoff, sondern Chlorgas benutzt.

Funktionsweise bisheriger Superkondensatoren

Von der Biologie machen wir nun einen kleinen Exkurs in den Bereich Sport. Superkondensatoren sind Akkus, die man mit einem Läufer vergleichen kann. Es gibt Sprinter und Langstreckenläufer. Bisherige Superkondensatoren kann man mit einem Sprinter unter den Stromspeichern bezeichnen: Sie liefern sehr hohe Stromstärken in kurzer Zeit und haben eine hohe Leistungsdichte und geringe Energiedichte. Demzufolge können sie kurzfristig Stromausfälle ausgleichen, nicht aber längerfristig im Einsatz sein. Daher war es das Ziel der Wissenschaft, aus einem Sprinter einen Langstreckenläufer zu machen.

Dank der neuen wissenschaftlichen Entdeckung des „atmenden Superkondensators“ kann man Stromausfälle über einen längeren Zeitraum ausgleichen. Der innovative Energiespeicher hat eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Energiedichte.

So funktioniert der atmende Superkondensator

Die Ausdauer (Energiedichte) von bisherigen Superkondensatoren konnte durch eine Elektrode mit Chlorgas verbessert werden. Bei den Ladevorgängen findet an der Elektrode zusätzlich zu den bei Superkondensatoren üblichen Ladungsverschiebungen eine Redoxreaktion statt. Hierbei überträgt die Elektrode beim Laden Elektronen auf das Chlorgas und reduziert Chlor zu Chlorid-Ionen. Kurzum: Elektrode atmet aus. Beim Entladen werden die Chlorid-Ionen wieder zu Chlor oxidiert und somit das Gas in den Poren wieder zurückgebildet, d.h. die Elektrode atmet ein. Anhand von Testverfahren konnte auch nachgewiesen werden, dass kein Chlorgas aus der Elektrode entwich. Aufgrund einer schnellen Reduktion/Oxidation und einem zügigen Massetransfer in der dünnen Gasschicht konnte die Energiedichte des Superkondensators signifikant erhöht werden. Zudem blieb die Leistungsdichte erhalten. Ferner blieb die Kapazität sogar nach mehreren Tausenden von Zyklen unverändert.

Bedeutung des „atmenden“ Superkondensators für die Zukunft

Die neue Entwicklung eines Superkondensators mit „atmender“ Elektrode sind für die Zukunft wichtig, um langfristige Stromausfälle auszugleichen. Vor allem dort, wo Strom lebenswichtig sein kann: In Krankenhäusern. Aber auch in Rechenzentren und anderen Orten kommen heutzutage Superkondensatoren zum Einsatz. Doch auch in anderen Bereichen sind sie essenziell, z.B. helfen sie moderne Straßenbahnen und Busse dabei, Strom zu sparen. Zudem können sie in der Solarwirtschaft Spannungsschwankungen stabilisieren.

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