Mikro-Superkondensatoren für schnelles Laden und längere Lebensdauer von Akkus

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Superkondensatoren könnten die Lebensdauer von Batterien verlängern und ermöglichen ein extrem schnelles Aufladen. Für viele Anwendungen im Alltag sind vor allem Mikro-Superkondensatoren interessant. Forscher aus Schweden haben diese nun entscheidend verbessert.

Superkondensatoren können Batterien perfekt ergänzen

Superkondensatoren bestehen aus zwei elektrischen Leitern, die durch eine Isolierschicht getrennt sind. Sie sind Batterien in vielen Punkten überlegen: So lassen sie sich sehr schnell aufladen und haben eine wesentlich längere Lebensdauer, ohne an Kapazität zu verlieren. Bei der Energiedichte können Superkondensatoren jedoch nicht mit Batterien mithalten, so dass sie am besten als Ergänzung zu diesen funktionieren.

Wenn ein Superkondensator in einem Gerät mit einer Batterie kombiniert wird, kann sich die Lebensdauer der Batterie um ein Vielfaches verlängern – bei kommerziellen Elektrofahrzeugen könnte der Akku viermal so lange halten. Das ist nicht nur ein riesiger Vorteil für Konsumenten, sondern es erhöht auch die Nachhaltigkeit der Batterie.

Durchbruch bei Mikro-Superkondensatoren

Da Superkondensatoren jedoch genauso groß sein müssen wie die Batterien, an die sie angeschlossen werden, sind sie für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik oder in Elektroautos oft zu groß. Genau dafür haben Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden jetzt eine Lösung gefunden. Sie haben das größte Problem von Mikro-Superkondensatoren gelöst, nämlich die Kompatibilität mit anderen Komponenten in einem Systemschaltkreis. Dadurch können sie in System-on-a-Chip-Lösungen integriert werden.

Mikro-Superkondensatoren sind so klein, dass sie auf die Systemschaltungen passen, die verschiedene Funktionen in elektronischen Geräten wie Handys, Laptops oder Elektromotoren steuern. Die schwedischen Forscher haben nun ein Herstellungsverfahren entwickelt, bei dem sich Mikro-Superkondensatoren in die gängigste Methode zur Herstellung dieser Systemschaltungen integrieren lassen.

Höhere Lade- und Speicherkapazität

Die Forscher haben es außerdem geschafft, die Lade- und Speicherkapazität zu erhöhen. „Wir haben eine Methode verwendet, die als Rotationsbeschichtung bekannt ist, eine grundlegende Technik in vielen Herstellungsprozessen. Dadurch können wir verschiedene Elektrodenmaterialien wählen“, erklärt Agin Vyas, einer der beteiligten Forscher.

Mikro-Superkondensatoren, die durch Rotationsbeschichtung von Graphenoxid hergestellt werden, leiden häufig unter einer unzureichenden Elektrodenstärke. Das senkt ihre Energiedichte. Dieses Problem haben die Forscher durch die Verwendung von Alkylaminketten gelöst, die eine größere Elektrodendicke, eine höhere Kapazität und einen geringeren Serienwiderstand ermöglichen. Die Methode sei skalierbar und senke die Herstellungskosten.

Leichte Anpassung an Endanwendungen

Außerdem haben die Forscher eine Methode entwickelt, mit der sie Mikro-Superkondensatoren aus bis zu zehn verschiedenen Materialien in einem einzigen Fertigungsprozess herstellen können. Dadurch lassen sich die Eigenschaften der kleinen Stromspeicher leicht an verschiedene Anwendungen anpassen.

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