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Atmender Superkondensator |
 Superkondensatoren sind Stromspeicher, die Akkus ergänzen oder teilweise auch ersetzen können. Derzeitigen Superkondensatoren mangelt es jedoch noch an einer hohen Energiedichte – und damit an Ausdauer. Um Klassen besser zeigt sich ein neuartiger Ansatz für einen Superkondensator mit „atmender“ Elektrode. Inspiration, war eine kleine Eidechse, die bei ihren Tauchgängen eine Luftblase mitnimmt und damit unter Wasser atmet, so das Team, das ihn entwickelt hat.
Superkondensatoren werden heute u.a. eingesetzt, um kurzzeitige
Stromausfälle auszugleichen, z.B. in Krankenhäusern oder Rechenzentren,
und um Verbrauchsspitzen bei elektronischen Geräten abzupuffern. Mit
Bremsenergie aufladbare Superkondensatoren helfen modernen Straßenbahnen
und Bussen, Strom zu sparen. Auch für die Solarwirtschaft werden sie
zunehmend interessant, um Spannungsschwankungen zu stabilisieren.
Anders
als Akkus sind Superkondensatoren die „Sprinter“ unter den
Stromspeichern: Sie können sehr hohe Stromstärken in sehr kurzen
Zeitspannen liefern (hohe Leistungsdichte). Dafür sind sie schlechte
„Langstreckenläufer“, auch bei Grundstromverbrauch ist ihre Laufzeit nur
sehr kurz (geringe Energiedichte). Moderne elektrische Energiespeicher
aber sollen beides vereinen – bei geringem Gewicht. Leider gehen Ansätze
zur Erhöhung der Energiedichte bisher immer auf Kosten der
Leistungsdichte – Hemmschuh für Superkondensatoren.
Ein Team von
der East China University of Science and Technology (Shanghai, China)
und der University of Oxford (UK) um Long Chen, Cheng Lian, Xiangwen Gao
und Chunzhong Li ist jetzt dabei, diese Herausforderung zu meistern.
Inspiration war eine kleine Eidechse: Anolis leben an Land, können aber
auch unter Wasser atmen, wenn sie auf Nahrungssuche abtauchen. Dazu
nehmen sie eine Luftblase mit, die fest an einer Schuppenschicht am Kopf
haftet. Unter Wasser atmen sie diese Blase immer wieder ein und aus.
Auch die neu entwickelte Elektrode aus porösen Kohlenstoffmaterialien
(am günstigsten waren mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen mit ca. 3 nm
großen Poren) kann eine Gasschicht festhalten, wenn sie in eine
Kochsalzlösung als Elektrolyt getaucht wird. Verwendet wird allerdings
nicht Luft, sondern Chlorgas.
Beim Laden und Entladen findet an
dieser Elektrode zusätzlich zu den bei Superkondensatoren üblichen
Ladungsverschiebungen eine Redoxreaktion statt: Beim Laden überträgt die
Elektrode Elektronen auf das Chlorgas und reduziert Chlor zu
Chlorid-Ionen, die in Lösung gehen – die Elektrode „atmet aus“. Beim
Entladen werden Chlorid-Ionen wieder zu Chlor oxidiert, das Gas in den
Poren der Elektrode zurückbildet – die Elektrode „atmet ein“. Mithilfe
verschiedener analytischer Verfahren zeigte das Team, dass kein Chlorgas
aus der Elektrode entweicht. Durch die sehr rasch ablaufende
Reduktion/Oxidation und den schnellen Massetransfer in der dünnen
Gasschicht wird die Energiedichte des Superkondensators drastisch
erhöht, während die extrem hohe Leistungsdichte erhalten bleibt. Die
Kapazität bleibt auch nach Tausenden von Zyklen nahezu unverändert hoch.
Den Artikel finden Sie unter:
https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/15213757/homepage/press/202230press.html
Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (01/2023)
Publikation:
https://doi.org/10.1002/ange.202215342 |
