Wasser-Hybridkondensatoren - Energiespeicher der Zukunft?
Forscher des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) entwickelten einen Hybridkondensator mit einem Wasser-Elektrolyt, der sich innerhalb von etwa 30 Sekunden vollständig auflädt.
KAIST (Südkorea) - Forschern des KAIST ist es gelungen, einen Hybridkondensator auf Wasser- und Graphenbasis zu entwickeln, der sicher, umweltfreundlich und leicht ist. Zusätzlich lädt er sich innerhalb von etwa 30 Sekunden vollständig auf.
Der Elektrolyt der Neuentwicklung besteht größtenteils aus Wasser, wodurch Brände im Vergleich mit Lithium-Batterien erst garn entstehen könnten. Zudem ist Wasser deutlich günstiger verglichen mit Lithium und könnte so zu deutlich günstigeren Preisen bei Energiespeichern führen.
Heutzutage wäre ein Leben ohne Akkus kaum noch wegzudenken. So gut wie in jedem elektronischem Gerät ist mittlerweile ein Akku verbaut, insbesondere in Laptops und Smartphones. Doch niemand möchte brennende Smartphones in seiner Hosentasche haben. Ein Energiespeicher auf Wasserbasis ist da deutlich weniger brandgefährdet. Die Idee existiert bereits schon länger. Doch er hatte bisher einen entscheidenden Nachteil: Geringer Kapazität und Zyklenfestigkeit.
Grafik: pixabay.com
Das Team um Professor Jeung Ku Kang am KAIST entwickelte nun einen neuen Hybridkondensator mit einem Wasserelektrolyt, deren Anode und Kathode aus Graphen mit besonderen Strukturen versehen wurden. Hierbei wurde die Anode aus Graphen-Polymergeflechte hergestellt, wodurch eine größere Fläche und dadurch größere Kapazität erreicht wurde.
Die Kathode wurde aus Metalloxid-Strukturen im Subnanobereich gefertigt. Dies ermöglichte eine höhere Energiedichte, einen effizienten Eleketronentransport in die wässrige Lösung und dadurch geringere Energieverluste.
Als Nebenprodukt zur erhöhten Energiedichte ermöglicht die Anode in Zusammenspiel mit dem flüssigen Elektrolyt eine vollständige Aufladung innerhalb von lediglich 30 Sekunden. "Diese umweltfreundliche Technologie kann leicht hergestellt werden und ist hochgradig zu Verwendung geeignet", äußerte sich Professor Jeung Ku Kang. "Insbesondere deren hohe Kapazität und hohe Stabilität verglichen mit existierenden Technologien könnten die Kommerzialisierung der Wasserkondensatoren vorantreiben."
Hybridkondensatoren gehören zur den Superkondensatoren, die im Grunde eine Mischung aus Batterie und Kondensator sind: Zwei räumlich voneinander getrennte Elektroden sind über einem Elektrolyt durch einen Seperator elektrisch miteinander verbunden. Bei Wasser-Hybridkondensatoren besteht dieses Elektrolyt zum Großteil aus Wasser. Hierbei wird die Energie einerseits elektrostatisch wie in üblichen Kondensatoren gespeichert, andererseits elektrochemisch wie bei Batterien.
Die Anwendungszenarien der neu entwickelten Technologie sind sehr vielseitig: Schnell aufladbare Smartphones, Laptops oder oder ähnliche mobile Geräte. Bis diese neu entwickelte Technologie jedoch Marktreif ist, werden noch einige Jahre vergehen. Die Zukunft dieser Technologie hat großes Potential.
Quellen
- http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=77361&upr_ntt_no=77361&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601
- http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201702895/abstract
- https://newatlas.com/hybrid-aqueous-battery/53625/
- https://www.graphene-info.com/graphene-enables-aqueous-hybrid-capacitor-recharges-under-30-seconds
- https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator#Prinzipieller_Aufbau
Quellen abgerufen am 06.03.2018
Being A SteemStem Member
Grundsätzlich natürlich eine wünschenswerte Entwicklung, aber man darf nicht vergessen, dass hier in gewissem Maße wieder Äpfel mit Birnen verglichen werden. Es handelt sich immer noch um einen (Super-)kondensator und nicht um einen Akkumulator.
Schnelle Aufladung, viele Ladezyklen und eine 100-fache Leistungsdichte sind super, aber der entscheidende Nachteil bleibt bestehen. Es ist ein Kondensator mit einer viel geringen Energiedichte als die aktuellen Akkumulatoren. All die Vorteile nutzen nichts, wenn unser Akku statt 24h nurnoch 3h hält. Also nicht zu früh freuen, solch eine Technik wird eher nicht für Elektroautos in Frage kommen ;)
Du hast natürlich recht. Superkondensatoren sind nicht als reine Traktionsbatterien geeignet. Wohl eher als zusätzlichen Puffer bei Rückgewinnung der Bremsenergie (Rekuperationsbremse) und beim Beschleunigen. Da müsste sich eher das Nutzungsverhalten der PKWs und die Infrastruktur massiv ändern, damit Kondensatoren als Energiespeicher durchsetzbar werden.
Jedoch wenn du das so vergleichst, müssten die Fahrzeuge eher bei Treibstoffen bleiben, deren Energiedichte um min. das 10-fache besser ist, als die bei derzeitig existierenden Batterie-Technologien.
Wer will schon ein Elektrofahrzeug haben, wenn ein Benziner deutlich höhere Reichweiten aufweist?
Kapazität ist nicht das einzige Argument für einen anderen Energieträger.
Quelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte
Ich wollte damit nicht die aktuellen Akkus in Elektroautos gut reden ;)
Es bezog sich eher auf Handyakkus o. Ä., beim drüber lesen hab ich jetzt aber auch gemerkt dass es missverständlich ausgedrückt ist.
Aber Elektroautos haben momentan doch eher einen experimentellen Status, was auch wichtig ist um die Entwicklung voran zu treiben. Doch massentauglich sind sie noch nicht.
Das würde die Elektro-Autoindustrie revolutionieren, sofern es da auch anwendbar wird. Kurze Ladezeiten und weniger brandgefährlich, wird den Einen oder Anderen potentiellen Käufer bestimmt überzeugen.
Elektroautos schnell mit elektrischer Energie zu laden ist gar nicht so einfach. Der Tesla S 70D hat beispielsweise eine Traktionsbatterie mit einer Kapazität von 70 kWh. Um diese von 10% auf 90% innerhalb von 30 Sekunden aufzuladen, müssten riesen Mengen elektrischer Energie in die Batterie übertragen werden. Unter Vernachlässigung des Innenwiderstandes der Batterie und des elektrischen Widerstandes der zuführenden Kabel ergibt sch so folgende Rechnung:
90% - 10% = 80%
80% * 70kWh = 56 kWh
56 kWh = 56 * 60 * 60 kWs = 201600 kWs
2011600 kWs/ 30s = 6720 kW
In der Annahme einer linearen Energieaufnahme der Einfachheit halber, bräuchte man eine Leistung von etw 6,7 MW, um den 70kWh-Akku in 30 Sekunden von 10% auf 90% aufzuladen. Das entspricht der Leistung von etwa 2 bis 4 Windkraftanlagen. Zusätzlich müsste der Querschnitt der Leitungen zum Fahrzeug armdick sein, um den enormen Strom zu übertragen. Dies wäre sehr unsicher und überhaupt nicht praktikabel.
Ich denke, Fahrzeuge schnell (<1 min.) unterwegs elektrisch aufzuladen, ist nicht ökonomisch umsetzbar.
Quelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S#Technische_Daten
Ja, klingt spannend. Aber seit 30 Jahren werden die ultimativen Batterien versprochen. Gesehen habe ich noch keine. Der Smartphone-Akku hält kaum einen Tag lang. Wie dringend wären da endlich brauchbare Batterien. Doch ich fürchte, wir müssen noch lange darauf warten.
In der Schule wurde unterrichtet, dass die Entwicklung von Forschungsergebnisse zu marktreifen Produkten gut 10 - 15 Jahre veranschlagen kann. Ich würde da also keine schnelle Ergebnisse erwarten.
Schnelle Ergebnisse erzielt man nur mit politischen Druck, sehr viel Geld und einem riesen Team.
Beispielsweise die Entwicklung der amerikanische Atombombe, auch bekannt als das Manhattan-Projekt, dauerte von Projektaufnahme 1939 bis zum ersten Test 1945 gerade mal 6 Jahre, weil an dem militärischen Projekt bis zu 500000 Menschen ingesamt mitwirkten, was die Kosten auf 2 Milliarden US-Dollar hinauftrieb.
Quelle: https://www.wasistwas.de/archiv-geschichte-details/das-manhattan-projekt.html
Eben, 10-15 Jahre. Ich sprach von 30 Jahren. Darin haben zweimal 15 Jahre Platz!
Was da heute für geile Produkte angeboten werden, aber wenn Du sie kaufen willst, gibt es sie plötzlich nicht.
Das kann durchaus sein. Mir fehlt dazu leider die Lebenserfahrung und das Wissen. Man muss aber auch immer im Hinterkopf halten, das Laborversuche von den reallen Produkten deutlich abweichen.
Dennoch klingt das Thema historische Kapazitätsprognosen und -entwicklung der Batterie durchaus interessant für einen neuen Blogeintrag. Ich werde Recherchen hierzu führen und meine Ergebnisse anschließend hier veröffentlichen.