Aktivkohle für die Energiewende

wissenschaft.de: Sie arbeiten mit Superkondensatoren. Was ist das?

Volker Presser: Superkondensatoren, oder wie wir sagen „Supercaps”, sind Energiespeicher. Sie sind schon heute im Einsatz, zum Beispiel im Handyblitz, in Hybridautos und in Türöffnern. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien speichern sie nur ungefähr ein Zehntel der Energie, allerdings geht das zehnmal schneller.

Wie funktioniert so ein Superkondensator?

Wir arbeiten vor allem mit nanoskaligen Kohlenstoff- und Kohlenstoffhybridmaterialien. In Supercaps wird Energie durch Ionen-Elektrosorption gespeichert, also die Anlagerung von Ionen an der elektrisch geladenen Grenzfläche zwischen einem Elektrolyt und Elektrode. Für das Elektrodenmaterial ist eine sehr hohe, einstellbare Oberfläche wichtig. Das kann zum Beispiel mit Aktivkohle realisiert werden. Wir wollen die Speicherkapazität der Supercaps noch erhöhen, indem wir Hybridmaterialien einsetzen, also Kohlenstoffe mit Metalloxiden, Polymeren oder organischen Gruppen. Die sind zusätzlich zum elektrosorptiven Mechanismus auch noch redox aktiv.

Also eine Mischung aus Superkondensator und klassischer Batterie?

Richtig, der typische Superkondensator speichert nur elektrosorptiv, der klassische Akku ist nur redox aktiv, und wir beschäftigen uns mit der goldenen Mitte.

Warum sind Kohlenstoffe dafür die richtige Wahl?

Wir brauchen möglichst große Oberflächen mit Poren, in die Ionen eintreten können. Wenn die Poren zu groß sind, verringert sich die Oberfläche, und wenn sie zu klein sind, können die Ionen nicht mehr passieren. Unsere typischen Poren sind kleiner als ein Nanometer. Dafür ist Aktivkohle geeignet. Bei den Hybridmaterialien müssen wir aufpassen, dass wir die Poren nicht verstopfen. Dort wählen wir dementsprechend größere Porengrößen.

Wie überprüfen Sie diese winzigen Porengrößen im Nanometerbereich?

Wir verwenden unterschiedliche in-situ-Methoden. Das heißt, wir sehen in das Material hinein und untersuchen vor Ort, was passiert. Wenn wir einen Superkondensator laden und entladen, messen wir normalerweise nur die Ladung. Das sagt aber noch nichts über den Speichermechanismus, wie viele Ionen in einer Pore sind und wie schnell sie da rein- und rausgehen. Mit der in-situ-Methode können wir den Ionen folgen, in die Poren hineinblicken, und zwar während des Ladens und Entladens.