Superkondensatoren: Mit Rekord-Kapazität zum Batterieersatz?

Superkondensatoren: Mit Rekord-Kapazität zum Batterieersatz?

von Wolfgang Kempkens

Superkondensatoren lassen sich schnell laden, haben aber weniger Energie als eine Batterie. Nun holen sie auf.

Am 11. Oktober 1745 bekam Ewald Georg von Kleist einen Schlag, als er einen Nagel aus einem Glas zog. Der Schlag wurde als "Kleistscher Stoß" bekannt, denn der Forscher hatte den vielleicht ersten Kondensator gefunden: Im Glas war Wasser, außen Metall. Kleist hatte das ganze an einen Generator angeschlossen und konnte nun die - bislang flüchtige - Energie aus dem Generator speichern.

Heutige Superkondensatoren haben damit nur noch wenig zu tun. Keine Metallplatten, sondern kleine, hochmoderne Materialien dienen als Elektroden, etwa strukturierte Aktivkohle. Doch selbst diese reicht dem estländischen Unternehmen Skeleton Technologies nicht mehr. Statt der Aktivkohle, die üblicherweise als eine von zwei Elektroden genutzt wird, haben die Balten sich für die dünnste Form des Kohlenstoffs entschieden, für Graphen.

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Graphen ist ein Gitternetz aus Kohlenstoffatomen, die im Sechseck angeordnet sind. Vermutlich sind mehrere dieser Gitter übereinandergestapelt. Mit einer Kapazität von 4500 Farad übertrifft der Supercap, wie derartige Kondensatoren flapsig genannt werden, Konkurrenzprodukte um etwa ein Drittel.

Entscheidenden Anteil am Erfolg der Balten haben Wissenschaftler der Monash University und des erst 2014 gegründeten Graphen-Spezialisten Ionic Industries, beide in Melbourne beheimatet. Sie entwickelten die Graphen-Elektrode, die den gewaltigen Kapazitätssprung erst möglich machte. Die zweite Elektrode besteht aus einer metallischen Folie. Dazwischen befindet sich ein Isolator. Das hauchdünne Sandwich wird zu einem Zylinder mit einem Durchmesser von 60 Millimetern aufgerollt.

Wenig Energie, mehr Leistung

Skeleton Technologies empfiehlt das SkelCap genannte Produkt als Starthilfe für schwere Lkw, deren Bordbatterie nach langem Stillstand und bei sehr kaltem Wetter oft nicht ausreicht, um den Anlasser lange genug zu betätigen. Ein Bündel SkelCaps könnte den entscheidenden Zusatzstrom liefern. Strategische Investoren aus den baltischen Staaten brachten knapp zehn Millionen Euro auf, um die Serienproduktion der Supercaps in Gang zu bringen.

Mit einer Energiedichte von mehr als zehn Wattstunden pro Kilogramm kommt das Produkt allerdings noch längst nicht an Lithium-Ionen-Batterien heran. Deren Energiedichte ist mindestens zehnmal so groß.

Supercaps haben gegenüber Batterien allerdings auch einen entscheidenden Vorteil. Sie lassen sich sekundenschnell aufladen. Genauso flott stellen sie, wenn es gewünscht wird, Strom zur Verfügung.

Einsatz bei vielen Ladezyklen

Eingesetzt werden sie bisher beispielsweise in Straßenbahnen, um Strom zwischenzuspeichern, der beim Bremsen frei wird – dann fungieren die Antriebsmotoren als Generatoren. Supercaps können eine Bahn sogar auf kurzen Strecken, auf denen die Oberleitung fehlt, um das Stadtbild nicht zu stören, mit genügend Strom versorgen.

Bis 2013 waren sie auch in Formel-1-Rennwagen im Einsatz, ebenfalls zur Zwischenspeicherung von Energie. Auch in manchen Hybridfahrzeugen, die mit Elektro- und Verbrennungsmotor ausgestattet sind, und in reinen Elektrofahrzeugen tun sie Dienst.

Die Balten haben nun mit der europäischen Raumfahrtorganisation ESA vereinbart, dass auf einer der nächsten Missionen SkelCaps an Bord sind, die Solarstrom speichern.

Irgendwann wollen die Ingenieure von Skeleton Technologies ihre SkelCaps als Batteriekonkurrenz positionieren, vor allem zur Versorgung von Elektroautos. Dazu müsste die Energiedichte noch drastisch vergrößert werden. Nahziel ist eine Verdoppelung in den nächsten drei Jahren.



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