Superkondensatoren

Superkondensatoren stellen eine besondere Klasse elektrochemischer Energiespeichersysteme dar. Ähnlich wie konventionelle Batterien, so beinhalten auch Superkondensatoren zwei Elektroden und einen mit Elektrolyt getränkten Separator als Hauptbestandteile. Beim Laden werden Ionen des Elektrolyts reversibel auf der Oberfläche der Elektroden adsorbiert, wodurch eine elektrochemische Doppelschicht ausgebildet wird, in welcher Ladung gespeichert wird.

Aufgrund der Tatsache, dass dieser Mechanismus keine Diffusion im Festkörper umfasst, sondern aus Prozessen besteht die an Oberflächen stattfinden, können extrem schnelle Reaktionszeiten realisiert werden, die die Grundlage der hohen Leistungsfähigkeit dieser Speicherelemente darstellen. Da deren Kapazität von der zur Verfügung stehenden Oberfläche abhängt, sind hochporöse und elektrisch gut leitfähige Materialien hierfür von besonderem Interesse. Es werden vor allem poröse Kohlenstoffe und Polymere mit wohldefinierten Porenstrukturen untersucht, um sowohl die spezifische Energie, als auch die spezifische Leistung von Superkondensatoren zu erhöhen. Zusätzliche Ladung kann durch den Einbau von redoxaktiven Einheiten in das Aktivmaterial gespeichert werden. So können faradaysche Reaktionen ablaufen, wodurch der Energieinhalt weiter gesteigert wird.

Bereits heute werden Superkondensatren für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispiele hierfür sind die Verwendung in Bremsenergie-Rückgewinnungssystemen in Kraftfahrzeugen, Stromnetzstabilisierung und Lastenausgleich, Defibrilatoren und Energieversorgung von Notfallsystemen in Flugzeugen.

Wir konzentrieren uns vor allem auf die Synthese und Integration von neuen porösen Elektrodenmaterialien und Kompositen in Superkondensatoren. Zudem umfasst unsere Forschung auch neue Arten von Separatoren und Elektrolyten, sowie die Abstimmung des Zusammenspiels der einzelnen Komponenten solcher Zellen.

 

 

Kontaktperson:

Dr. Lars Giebeler

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Publikationen:

K. Pinkert,  M. Oschatz, L. Borchardt,  M. Klose,  M. Zier,  W. Nickel, L. Giebeler,  S. Oswald,  S. Kaskel, J. Eckert: Role of surface functional groups in ordered mesoporous carbide- derived carbon/ionic liquid electrolyte double-layer capacitor interfaces, Applied Materials and Interfaces 6 (2014), S. 2922-2928

K. Pinkert, L. Giebeler, M. Herklotz, S. Oswald, J. Thomas, A. Meier, L. Borchardt, L. Kaskel, H. Ehrenberg, J. Eckert: Functionalised porous nanocomposites: Amultidisciplinary approach to investigate designed structures for supercapacitor applications, Journal of Materials Chemistry A 1 (2013) Nr. 5, S. 4904-4910 URL