Ein leistungsstarker und nachhaltiger Mikro-Superkondensator rückt in greifbare Nähe. Ein internationales Forscherteam hat mithilfe von Zinn eine effizientere Elektrode entwickelt.

Elektrodenchemie als limitierender Faktor

Superkondensatoren glänzen mit superschnellen Ladezeiten. Der limitierende Faktor ist die Zusammensetzung der Elektroden, die den Elektronenfluss beim Aufladen und bei der Abgabe von Energie steuern. Forscher der Penn State University in den USA und Forscher der University of Electronic Science and Technology of China haben jetzt dafür eine Lösung gefunden. Zinn in der Elektrode verbessert die Konnektivität und ermöglicht gleichzeitig die Wiederverwertbarkeit und niedrige Kosten.

Unerwünschte Reaktion von Kobaltoxid mit anderen Materialien

Die Forscher beschäftigten sich mit Mikro-Superkondensatoren, die in kleinen tragbaren Sensoren zum Einsatz kommen, beispielsweise um die Vitaldaten von Menschen zu überwachen. Die Elektroden bestehen dabei normalerweise aus Kobaltoxid, denn das günstige Material kann Energieladungen schnell übertragen. Es reagiert jedoch teilweise mit anderen Materialien in der Elektrode, was die Energiekapazität des Superkondensators deutlich senkt.

Also suchten die Forscher nach einem Material, das die gewünschten Eigenschaften von Kobaltoxid als Elektrode verstärken kann, indem es zusätzliche Elektronen liefert, während es negative Effekte minimiert oder ganz verhindert. Dazu simulierten die Forscherteams die Auswirkungen verschiedener Materialarten und -ebenen auf das Kobaltoxid. Viele Materialien hätten zwar theoretisch funktioniert, waren aber zu teuer oder giftig.

Zinn und Graphen erhöhen die Leitfähigkeit

Schließlich landeten die Forscher bei Zinn, das alle Anforderungen erfüllte: Es ist nicht umweltschädlich und dabei gut verfügbar und günstig. Die Simulationen und anschließenden Experimente zeigten, dass es funktioniert, einen Teil des Kobalts durch Zinn zu ersetzen und das Material mit einem Graphenfilm zu verbinden. Das Graphen unterstützt elektronische Materialien, ohne ihre Eigenschaften zu verändern. Daraus ergab sich eine deutlich höhere Leitfähigkeit der Kobaltoxidstruktur.

Vielversprechende praktische Anwendungen

Der nächste Schritt für die Forscher wird sein, eine eigene Version der Graphenfolie zu entwickeln. Sie arbeiten an einem porösen Schaum, aus dem ein flexibler Supercap mit einfacher und schneller Leitfähigkeit entsteht. Die Forscher erwarten, dass das fertige Gerät vielversprechende praktische Anwendungen als Energiespeicher der nächsten Generation ermöglicht. Sie wollen den Superkondensator zudem mit anderen Mechanismen kombinieren, damit er sowohl als Energy Harvester als auch als Sensor dienen kann. Das Ziel ist es, mehrere Funktionen in einem einfachen, selbstversorgenden Gerät zu kombinieren.

Quellen / Weiterlesen

Zinn macht Superkondensatoren besser | elektroniknet.de
Inexpensive tin packs a big punch for the future of supercapacitors | PennState
From Pennsylvania State University: “Inexpensive tin packs a big punch for the future of supercapacitors” | sciencesprings
Bildquelle: © JIA ZHU/PENN STATE

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