von DIRK EIDEMÜLLER
Jeder kennt das Problem: Der Handy-Akku ist leer und man hat kaum noch Zeit, bevor man aus dem Haus muss. Doch das könnte in ein paar Jahren schon Geschichte sein: Eine neue Technik verspricht, den Akku minutenschnell mit Energie zu füllen. Die Grundlage dafür sind die sogenannten MXene (gesprochen: Mixiene), eine Materialklasse, die Wissenschaftler der Drexel University in Philadelphia vor einigen Jahren entdeckt haben. Die Materialien verbinden die Vorteile von Batterien und Akkus mit denen von Kondensatoren.
Viel Energie, hohes Ladetempo
„Batterien und Akkus speichern große Mengen an elektrischer Energie, sind aber langsam beim Laden und Entladen“, sagt Tristan Petit vom Berliner Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie (HZB). „Kondensatoren hingegen speichern deutlich weniger Energie, können sie aber schnell aufnehmen und wieder abgeben.“ MXene speichern nun fast so viel Energie wie eine Batterie und sind fast so schnell wie ein Kondensator. Forscher nennen sie deshalb auch „Pseudokondensatoren“.
Bei der neuen Materialklasse handelt es sich um wenige Nanometer dünne Blätter aus Titankarbid, die ein zweidimensionales Netz bilden und eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen. Das Titan kann auch durch andere Stoffe, etwa Vanadium, ersetzt werden. Die Nanoblättchen befinden sich in einem Elektrolyten, dessen Ionen sie anlagern und wieder abgeben können – und zwar sehr schnell. Schon nach wenigen Minuten Ladezeit haben heutige Labormodelle so viel Energie gespeichert wie ein voller Handy-Akku. Und die Ladezeit sollte sich sogar noch deutlich verkürzen lassen.
Die neue Speichertechnik ist nicht nur für Mobiltelefone interessant. Sie kommt für Anwendungen infrage, bei denen innerhalb kurzer Zeit viel Leistung freigesetzt werden muss. So sind zurzeit neue elektrisch oder hybrid angetriebene Flugzeugtypen in Entwicklung, die zumindest auf kurzen Strecken die klimaschädlichen konventionellen Jets ersetzen sollen. Auf längeren Strecken wären Akkus zu schwer, deshalb sind hier eher Triebwerke mit synthetischen Treibstoffen vorgesehen. Aber auch elektrisch motorisierte Kurzstreckenflugzeuge dürfen nicht allzu viel wiegen. Und beim Start müssen sie für kurze Zeit eine sehr hohe Leistung abrufen können. Dafür könnten Pseudokondensatoren auf MXene-Basis zum Einsatz kommen.
Hilfreich beim Gasgeben
„Auch elektrisch angetriebene Züge oder Busse benötigen beim Anfahren viel Energie“, sagt HZB-Forscher Tristan Petit. Hier spielt der Faktor Gewicht keine so bedeutende Rolle wie im Flugverkehr. Man könnte also MXene dazu nutzen, Züge oder Busse beim Anfahren zu beschleunigen und beim Bremsen die Energie wieder im MXene-Pseudokondensator zu speichern. Das würde die großen Akkus an Bord dieser Fahrzeuge schonen und könnte ihre Wirtschaftlichkeit erhöhen.
