Superkondensatoren oder Supercaps (vom englischen «Supercapacitors») sind die flinken kleinen Geschwister von Batterien. Beide Technologien speichern elektrische Energie. Batterien haben eine grosse Energie-, aber eine geringe Leistungsdichte. Will heissen: Sie können viel Energie speichern, aber das Laden und Entladen ist eher langsam. Supercaps sind ziemlich genau das Gegenteil: Sie nehmen Energie blitzschnell auf und geben sie wieder ab, speichern können sie aber nur wenig davon.
«Batterien sind wie ein grosses Gefäss mit einem schmalen Hals, das sich nur langsam füllen lässt. Superkondensatoren sind eher kleine Tassen mit einer weiten Öffnung – sie füllen sich schnell, haben aber wenig Volumen», erläutert Empa-Forscher Sina Azad.
Die beiden Technologien sind häufig als Team im Einsatz: Bei einem Elektroauto fangen Superkondensatoren die Bremsenergie schnell auf und geben sie später an die langsameren Batterien zur Speicherung weiter. Auch in Solarfarmen und Windkraftanlagen sowie in Industriemaschinen, die zuweilen schnell viel Strom brauchen, finden sich Superkondensatoren.
Azad, Postdoktorand im Empa-Labor «Functional Polymers», und sein Team haben sich zum Ziel gesetzt, diese allgegenwärtigen «Schnellspeicher» zu verbessern, indem sie neuartige Elektroden aus Graphen entwickeln. Dank dieser zweidimensionalen Form des Kohlenstoffs sollen die Superkondensatoren wesentlich höhere Energiedichten erreichen.
Rekordverdächtige Energiedichten
«Rekordverdächtige Energiedichten für Superkondensatoren wurden in der wissenschaftlichen Literatur schon mehrfach beschrieben», räumt Azad ein. Bei seinem Forschungsvorhaben liegt das Augenmerk deshalb auch nicht auf Rekorden, sondern auf der Skalierbarkeit.
Die Forschenden setzen von Beginn an auf Materialien und Prozesse, die sich nicht nur im Labor, sondern auch im industriellen Massstab umsetzen lassen. Ihr Projekt wird deshalb im Rahmen von «Bridge» unterstützt, ein gemeinsames Förderprogramm des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der Innosuisse.
