Material für elektrische Energiespeicher

Die direkte Speicherung elektrischer Energie kann mittels supraleitender magnetischer Spulen oder durch Doppelschichtkondensatoren erfolgen.

Material für supraleitende magnetische Spulen

Supraleitende magnetische Spulen speichern elektrische Energie in einem Magnetfeld. Sie bestehen aus Supraleitern, die den Vorteil bieten, dass sie bei Unterschreiten der materialabhängigen Sprungtemperatur keinen Widerstand mehr erfahren. Somit können sie das elektrische Magnetfeld ohne Verluste aufrecht erhalten. Als Material für die Herstellung der supraleitenden Spulen dienen bisher zumeist Niob-Titan oder Niob-Zinn. Um die Technologie jedoch langfristig wirtschaftlich zu machen, wird am Einsatz von Hochtemperatursupraleitern geforscht. Diese weisen deutlich höhere Sprungtemperaturen auf, sodass sie nicht auf die Kühlung mit teurem flüssigem Helium angewiesen sind, sondern flüssiger Stickstoff als günstigere Alternative zur Kühlung ausreicht. Im Blickpunkt stehen dabei zum Beispiel keramische Hochtemperatursupraleiter wie Yttriumbariumkupferoxid oder auch weitere innovative Materialien wie die eisenhaltigen Hochtemperatursupraleiter oder die organischen Supraleiter.

Material für Doppelschichtkondensatoren

Doppelschichtkondensatoren arbeiten nach dem Prinzip der elektrostatischen Energiespeicherung. Sie bestehen zumindest aus zwei Elektroden, dem Elektrolyten und einer ionendurchlässigen Trennschicht. Der Elektrolyt besteht meist aus einer organischen Lösung mit speziellen quartären Salzen. Dabei handelt es sich um Ammoniumverbindungen, die mit weiteren organischen Molekülen verbunden sind. Zudem bieten sich in Kalilauge oder Schwefelsäure wässrige Lösungen für eine Verwendung als Elektrolyt an.

Als Materialien für die Elektroden eignen sich synthetische poröse Kohlenstoffaerogele auf Basis von Resorzin und Formaldehyd. Da die Ionen sich an den gepolten Elektroden anlagern, ist eine große Elektrodenoberfläche von Vorteil. Kohlenstoffaerogele besitzen eine sehr große spezifische Oberfläche und einen niedrigen elektrischen Widerstand und erweisen sich daher als besonders geeignet. Auch Aktivkohle eignet sich wie diverse Kohlenstoff-Nanomaterialien wie Graphen als Elektrodenmaterial. Damit es zu keinem Kontakt der Elektroden kommt, werden sie durch eine ionendurchlässige Trennschicht an einer Berührung gehindert. Das Material dieser Trennschicht hängt entscheidend vom Elektrolyten ab. Kunststoffe wie Polypropylen, Polyester, Polystyrol oder Teflon eignen sich beim Einsatz von organischen Elektrolyten, während bei wässrigen Lösungen Keramiken oder Glasfasern verwendet werden.

Englische Übersetzung(en):

new materials for electric energy storages