INNOVATIVE INDUSTRIE • ENERGIE & UMWELT 18 Poren der Kohlenstoffelektroden bewegen. Die Poren seien nicht viel größer als ein, zwei Ionendurchmesser und in einem komplexen Netzwerk miteinander verbunden. In einer derartig beengten Umgebung lasse sich zwar besonders viel elektrische Energie speichern, der Transport und somit die Geschwindigkeit des Ladens und Entladens könne aber aufgrund gegenseitiger Behinderung der Ionen, ähnlich einem Verkehrsstau, eingeschränkt werden. Das Forscher- Team hat nun neue Wege zum besseren Verständnis dieser Phänomene aufgezeigt. Mit einer Kombination aus Röntgenstreuexperimenten und atomistischen Computersimulationen konnten die beschriebenen Vorgänge erstmals auf atomarer Ebene sichtbar gemacht und neue Möglichkeiten hin zu optimierten Elektrodenmaterialien aufgezeigt werden. Die ef ziente und schnelle Speicherung von elektrischer Energie spiele die entscheidende Rolle für eine nachhaltige Energieversorgung, basierend auf grünen Technologien. Dies treffe sowohl für neue Formen der Energieerzeugung als auch für die E-Mobilität oder die Mikroelektronik zu. Superkondensatoren seien moderne Energiespeicher, welche NEW BUSINESS • INNOVATIONS | MAI 2017 im Vergleich zu Batterien viel schneller und öfter ge- und entladen werden können. E-Busse, Flugzeugtüren oder Systeme zur Bremsenergie-Rückgewinnung würden bereits heute mit dieser ultraschnellen Speichertechnologie funktionieren. Obwohl im prinzipiellen Aufbau einer Batterie nicht unähnlich, basiere die Speicherung der elektrischen Energie auf einem rein physikalischen Prinzip. Positive und negative Ladungsträger ziehen sich an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt elektrostatisch an und ermöglichen so die Speicherung von elektrischer Energie. Um möglichst viel Energie zu speichern, bestünden Elektroden von Superkondensatoren daher aus hochporösem Kohlenstoff, welcher pro Gramm des Materials eine große Ober äche von mehreren Tausend Quadratmetern aufweise. Die winzigen Poren innerhalb des Kohlenstoffs seien dabei mit weniger als einem Millionstel Millimeter kaum größer als die Ionen selbst. PRO SEKUNDE EIN BILD Für ihren völlig neuen experimentellen Ansatz nutzten die Leobener Forscher die hochintensive Röntgenstrahlung der TU Graz Beamline am Synchrotron ELETTRA in Triest. Um auf die Vorgänge im Inneren des Elektrodenmaterials in situ, das heißt, während des Ladens und Entladens des Superkondensators, zu blicken, wurde jede Sekunde ein Bild der an den Atomen und Molekülen gestreuten Röntgenstrahlen aufgenommen. „Der Informationsgehalt solcher Daten ist viel höher als bei einfachen elektrochemischen Experimenten. Aufgrund der Komplexität des Systems gestaltet sich deren Interpretation jedoch als äußerst schwierig. Daher Das Leobener Forscherteam v. l. n. r.: Oskar Paris, Christian Prehal und Christian Koczwara Fotos: Fotolia/luigi giordano, Montanuniversität Leoben, SFL technologies GmbH, Pixabay
NEW BUSINESS Innovations 4/2017
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