Super-Kondensatoren

Der Anteil der erneuerbaren Energien soll in Deutschland in den nächsten Jahren spürbar ansteigen. Die Problematik dieses Vorhabens besteht im Wesentlichen neben der effizienten Energiegewinnung darin, die Netze der gesteigerten Einspeisung anzupassen und die Speicherung der gewonnenen Energie zu optimieren. Diese Speicherung gewinnt insbesondere dadurch an Bedeutung, dass gerade Wind- und Sonnenenergie stark von Umwelteinflüssen – zum Beispiel dem Wetter – abhängen. Dies bedeutet, dass diese Energieformen nur selten dann in dem Maße produziert werden können, wenn ein großer Bedarf besteht. Die Energiespeichersysteme, die derzeit verwendet werden, sind allerdings nur bedingt effizient. So kann nur ein Teil der produzierten Energie für Nachfragespitzen gespeichert werden.

Neue Speichersysteme auch für den täglichen Gebrauch erforderlich

Eine vergleichbare Problematik besteht in der Nutzung von Energiespeichersystemen im täglichen Gebrauch. Exemplarisch sei hier die Nutzung von Elektrofahrzeugen unter ökologischen Gesichtspunkten genannt. Sind diese Fahrzeuge für Kurzstrecken unter Verwendung handelsüblicher Akkumulatoren – zum Beispiel der Autobatterie – geeignet, fällt eine Langstreckennutzung in Ermangelung effizienter Speichersysteme nahezu aus. Eine Lösung dieser Probleme stellen sogenannte „Super-Kondensatoren" dar. Super-Kondensatoren – oder auch „SuperCaps" oder „UltraCaps" – arbeiten hierbei auf dem Prinzip des Speicherns von elektrischer Energie in Dünnschichtbauelementen und bauen so auf allen Vorteilen herkömmlicher Akkumulatoren und Kondensatoren auf: Speicherung hoher Energiemengen und kurzzeitige Abgabe hoher Stromdichten.

Ein Kondensator, dessen Fähigkeit, elektrische Ladungen und damit Energie zu speichern, als elektrische Kapazität bezeichnet wird, zeichnet sich im Gegensatz zum Akkumulator dadurch aus, dass keine elektrochemische Reaktion erforderlich ist, Ladungen zu speichern. Durch eine Ladungsverschiebung bei Anlegen eines Stromes werden unterschiedlich geladene Bereiche aufgebaut. Eine Weiterentwicklung eines normalen Kondensators ist der Doppelschichtkondensator, bei dem zusätzlich ein Elektrolyt zum Einsatz kommt. An der Grenze von Elektrode zu Elektrolyt bildet sich eine elektrische Doppelschicht, die zur Kapazitätserhöhung führt.

Super-Kondensatoren als Weiterentwicklung der Doppelschichtkondensatoren

Ein Super-Kondensator baut auf dem Prinzip eines Doppelschichtkondensators auf, hat allerdings zudem die Eigenschaft, dass neben der reinen Ladungsverschiebung auch eine zusätzliche „Pseudokapazität" aufgebaut wird, die aus einer elektrochemischen Reaktion – ähnlich wie beim Akkumulator – herrührt. Zur Erzeugung dieser Pseudokapazität werden Redoxreaktionen an anorganischen Systemen, zum Beispiel Manganoxid oder Rutheniumoxid, oder an leitfähigen organischen Polymeren, zum Beispiel Polyanilin oder Polypyrrol, durchgeführt.

Insbesondere letztere Systeme eignen sich gut, um über das stickstoffhaltige Gerüst Ladungen anzusammeln und schnell weiterzuleiten. Dadurch werden sehr hohe Stromspeicherkapazitäten und Energiedichten erreicht. Gleichzeitig erlaubt der Aufbau des Gesamtsystems viele Ladezyklen und eine sehr gute Energieeffizienz.