Erste Messung ausgetauschter Elektronenladungen in Superkondensatoren

04.03.2013: Superkondensatoren sind Speichersysteme für elektrische Energie als ergänzende Komponenten zu Batterien. Dank ihrer Fähigkeit zur schnellen Auf– und Entladung können sie für Anwendungen in der Luftfahrttechnik (Öffnung der Notausgänge im A380) und im Automobilbereich (Rückgewinnung von Bremsenergie) interessante Leistungsspitzen erreichen. Diese Superkondensatoren bestehen aus zwei in einer ionischen Lösung (dem sogenannten Elektrolyt) schwimmenden Kohlenstoffelektroden, von denen jeweils eine positiv und die andere negativ geladen ist. Während der Aufladung des Kondensators werden die negativ geladenen Ionen (Anionen) auf der negativen Elektrode gegen positiv geladene Ionen (Kationen) ausgetauscht und umgekehrt. Einem Forscherteam vom "Labor für extreme Bedingungen und Werkstoffe: hohe Temperaturen und Strahlungen" (CEMHTI), in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum für chaotische Systeme (CRMD), gelang es zum ersten Mal, den Anteil dieser ausgetauschten Anionen und Kationen auf den jeweiligen Elektroden zu messen.

Dazu haben die Forscher das Verhalten von zwei Superkondensatoren mit kommerziellen Elektroden aus nanoporösem Kohlenstoff mit Hilfe der Kernspinresonanzspektroskopie untersucht. Sie haben beobachtet, dass der Kondensator mit der chaotischsten Karbonstruktur eine höhere Kapazität und eine höhere Toleranz gegenüber höheren Spannungen aufwies. Dies sei auf die bessere Verteilung der Elektronenladungen zurückzuführen, wenn sie mit den Molekülen des Elektrolyts in Kontakt treten, so die Forscher.