211service.com
Graphen-Superkondensatoren bereit für die Energiespeicherung von Elektrofahrzeugen, sagen koreanische Ingenieure
Elektrofahrzeuge kommen, bereit oder nicht. Und eine der Schlüsseltechnologien, die sie fahrerfreundlicher macht, ist die bescheidene Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Versionen, die genug Energie speichern können, um diesen Autos eine angemessene Reichweite für den Stadtverkehr zu bieten.
Natürlich suchen Automobilhersteller ständig nach Möglichkeiten, die Effizienz und damit die Reichweite dieser Fahrzeuge zu verbessern. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, die Energie zurückzugewinnen und wiederzuverwenden, die normalerweise beim Bremsen eines Fahrzeugs verschwendet würde.
Bei herkömmlichen Batterien gibt es hierbei jedoch ein Problem. Das Bremsen erfolgt über Zeitskalen, die in Sekunden gemessen werden, aber das ist viel zu schnell für Batterien, deren Ladezeit in der Regel viele Stunden dauert. Autohersteller müssen also andere Wege finden, diese Energie zu speichern.
Einer der vielversprechenderen ist der Einsatz von Superkondensatoren, da sie sich schnell aufladen und die Energie dann genauso schnell wieder entladen können. Tatsächlich experimentieren viele Autohersteller gerade mit dieser Technologie.
Aber Superkondensatoren sind noch nicht bereit für die offene Straße. Denn obwohl sie sich schnell laden und entladen, speichern sie nicht viel Energie.
Darüber hinaus neigen sie bei wiederholtem Gebrauch dazu, sich abzunutzen, da die Materialien in ihnen durch den ständigen Ladungsfluss zerfallen. Dies ist ein erheblicher Nachteil bei einem Gerät, das im Laufe eines Autolebens viele Millionen Mal verwendet werden müsste.
Jetzt sagen Santhakumar Kannappan vom Gwangju Institute of Science and Technology in Korea und ein paar Freunde, dass sie eine Lösung haben, die auf dem Wundermaterial des Augenblicks basiert – Graphen. Diese Jungs haben Hochleistungs-Superkondensatoren aus Graphen gebaut, die fast so viel Energie speichern wie ein Lithium-Ionen-Akku. Sie können in Sekunden auf- und entladen und das alles über viele zehntausend Ladezyklen hinweg aufrechterhalten.
Der Trick, den diese Jungs perfektioniert haben, besteht darin, eine hochporöse Form von Graphen herzustellen, die eine riesige innere Oberfläche hat. Sie erzeugen dieses Graphen, indem sie Graphenoxidpartikel mit Hydrazin in mit Ultraschall bewegtem Wasser reduzieren.
Das Graphenpulver wird dann in eine münzförmige Zelle gepackt und bei 140 °C und einem Druck von 300/kg/cm für fünf Stunden getrocknet.
Die resultierende Graphenelektrode ist hochporös. Ein einziges Gramm dieses Zeugs hat eine Oberfläche, die größer ist als ein Basketballplatz. Das ist wichtig, da die Elektrode dadurch viel mehr Elektrolyt aufnehmen kann (eine ionische Flüssigkeit namens EBIMF 1 M). Und dies bestimmt letztendlich die Ladungsmenge, die der Superkondensator aufnehmen kann.
Kannappan und Co. haben die Leistung ihres Superkondensators gemessen und sind von den Ergebnissen sichtlich beeindruckt. Sie sagen, es habe eine spezifische Kapazität von über 150 Farad pro Gramm und kann Energie mit einer Dichte von mehr als 64 Wattstunden pro Kilogramm bei einer Stromdichte von 5 Ampere pro Gramm speichern.
Das ist fast vergleichbar mit Lithium-Ionen-Akkus, die eine Energiedichte zwischen 100 und 200 Wattstunden pro Kilogramm haben.
Diese Superkondensatoren haben auch andere Vorteile. Kannappan und Co. sagen, dass sie sie in nur 16 Sekunden vollständig aufladen können und haben dies etwa 10.000 Mal wiederholt, ohne die Kapazität signifikant zu reduzieren. Diese Werte seien die höchsten, die bisher in der Literatur angegeben wurden, heißt es.
Das ist eine beeindruckende Reihe von Leistungswerten, die die Schlussfolgerung der Autoren durchaus rechtfertigen können, dass diese Superkondensator-Energiespeicher … in naher Zukunft für die Herstellung von Elektrofahrzeugen skaliert werden können.
Wenn sie richtig liegen, können gewöhnliche Elektrofahrzeuge für den Straßenverkehr bald Energie effizient ernten, die bisher weitgehend verschwendet wurde.
Ref: arxiv.org/abs/1311.1548 : Superkondensatoren auf Graphenbasis mit verbesserter spezifischer Kapazität und schneller Ladezeit bei hoher Stromdichte