Billige Nanodiamanten und Superkondensatoren als Energiespeicher

(12.2.2014) Diamanten zum Speichern von Energie? Das klingt zunächst einmal  über­raschend. Doch genau diesen Ansatz verfolgen Forscherinnen des Bayerischen Zen­trums für Angewandte Energie e.V. (ZAE Bayern) und der Universität Würzburg in ei­nem jüngst bewilligten Projekt im Rahmen des Projektverbundes UMWELTnanoTECH. Dabei sollen Nanodiamanten helfen, elektrische Energiespeicher noch effizienter zu machen. Rund 3 Millionen Euro Euro Förderung gibt es für den Projektverbund vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz.

Superkondensatoren als Energiespeicher der Zukunft

Superkondensatoren, auch Supercaps genannt, können elektrische Energie ohne ver­lustreiche Umwandlungsprozesse innerhalb von Sekunden aufnehmen und wieder ab­geben. Sie sind daher vor allem für schnelle Lade- und Entladevorgänge interessant, wie beispielsweise die Rückgewinnung von Bremsenergie (so genannte Rekuperation) in Fahrzeugen.

Supercaps werden aus hochporösen Kohlenstoffen, wie Aktivkohle oder Aerogelen, gefertigt. Fünf Gramm dieser Materialien besitzen eine Oberfläche so groß wie ein Fußballfeld. Hierdurch ist es möglich, Kondensatorelektroden mit sehr hohen volu­menspezifischen Kapazitäten bereitzustellen. Außerdem übersteigt die Lebensdauer von Superkondensatoren die von Batterien um ein Vielfaches. Trotz dieser Vorteile liegt momentan die maximal speicherbare Energiemenge der verfügbaren Supercaps noch ein bis zwei Größenordnungen unter den Werten, die derzeit von Akkumulato­ren erzielt werden.

Nanotechnologie soll es richten

Aktuelle internationale Forschung hat gezeigt, dass der Einbau von Nanodiamanten in die Matrix der Kondensatorelektroden eine erhebliche Steigerung der Kapazität und damit der Energiedichte verspricht. Genau das soll in dem auf drei Jahre ausgelegten Projekt nun genauer untersucht werden. Dabei soll vor allem geklärt werden, welche Funktion die Nanodiamanten in der Elektrodenmatrix besitzen, denn obgleich beide aus Kohlenstoff bestehen, ist ihre strukturelle Zusammensetzung doch fundamental verschieden. Besonders interessant ist, ob die Diamanten eine aktive Komponente darstellen oder lediglich als Additiv zur gesteigerten Kapazität beitragen.

Durch die Nanodiamant-Komponente sei keine signifikante Kostensteigerung für den Speicher zu erwarten. Anders als man nämlich glauben könnte, fallen diese drei bis fünf Nanometer großen Kohlenstoffpartikel als Abfallprodukte bei der Entsorgung von Sprengstoffen an und sind daher in industriellem Maßstab kostengünstig verfügbar.