Batterie und Superkondensator vereint
Ionische Flüssigkeit ermöglicht zugleich hohe Energiedichten und hohe Leistungen.
Batterien und Superkondensatoren: Beide elektrochemischen EnergieSpeicher speichern Energie, und beide geben sie gezielt wieder frei – das allerdings mit großen Unterschieden: Batterien speichern sehr große Energiemengen, die sie langsam, aber beständig wieder abgeben. Superkondensatoren können nur geringe Energiemengen speichern, geben diese Energie aber viel leistungsstärker ab und erzielen kurzzeitige Spitzenleistungen.
Abb.: Molekülstruktur des Ladungsspeichers aus einer ionischen Flüssigkeit. (Bild: E. Mourad et al. TU Graz / NPG)
Stefan Freunberger von der TU Graz stellten sich gemeinsam mit einer Forschergruppe der südfranzösischen Université de Montpellier eine zentrale Frage: Wieso nicht die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren gleichzeitig nutzen und in einer Art Energiehybrid vereinen? Die Gruppe verfolgte erstmals einen Ansatz mit einem flüssigen Ladungsspeichermaterial, das ähnlich hohe Energiedichte wie Batterien aufweist, dabei aber so hohe Leistungen wie ein Superkondensator erzielt.
„Der Grund, warum Batterien Energie so langsam abgeben und lange Ladezeiten haben, sind die festen Ladungsspeicher, in denen sich die Ionen schwer bewegen können. In Superkondensatoren bewegen sich die Ionen hingegen in Flüssigkeiten, sind also viel beweglicher als in Festkörpern“, erklärt Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz. Die neuartige redoxaktive ionische Flüssigkeit, die Freunberger mit den französischen Kolleginnen und Kollegen entwickelt hat, besteht aus einem organischen Salz, das bei einer Temperatur von knapp 30 Grad Celsius, also leicht über Raumtemperatur, flüssig ist. Diese Flüssigkeit kann ähnlich wie ein Festkörperspeicher viele Ionen einspeichern, erlaubt den Ionen aber viel bessere Bewegichkeit.
Freunberger und Kollegen entwickelten damit ein integriertes Energieliefersystem für beständige Energieversorgung mit hoher Leistung. Doch sie sind nicht für alle Anwendungen uneingeschränkt geeignet. Automatische Türen, etwa in Straßenbahnen oder Zügen, sind eindeutig ein Fall für Superkondensatoren. Energie wird nur ganz kurze Zeit gebraucht, dafür mit hoher Leistung. In anderen Fällen sind Batterien das Mittel der Wahl. „Unser Prinzip des Energiehybrids kann aber beispielsweise für den Einsatz in Elektroautos enorme Vorteile bringen. Bislang finden sich in E-Autos oft verschiedene Batterietypen oder Batteriesysteme gemeinsam mit Superkondensatoren. Ein einziges System mit den Vorteilen beider Energiespeicher könnte Platz und Ressourcen sparen“, sagt Freunberger.
TU Graz / JOL
