Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Puffer für das Stromnetz?

Neuer Herstellprozess für Elektroden aus NiO/Ni-Nanokompositen für Superkondensatoren

08.06.2011

Der Umstieg auf regenerativen Energiequellen wie Wind und Sonne ist nur noch eine Frage der Zeit. Da Wind und Sonnenstrahlung nicht immer gleich stark sind, wird die Zunahme an regenerativen Quellen deutliche Schwankungen im Stromnetz mit sich bringen, die über Stromspeicher abgefangen werden müssen. So genannte Superkondensatoren könnten hier gute Dienste leisten. John Q. Xiao und sein Team von der University of Delaware (Newark, USA) hat nun einen neuen Prozess zur Herstellung von Elektroden aus Nickeloxid/Nickel-Nanokompositen für elektrochemische Superkondensatoren entwickelt. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, ist der Prozess einfach, kostengünstig und gut in den großtechnischen Maßstab übertragbar.

Superkondensatoren vereinen die Vorteile von herkömmlichen Kondensatoren und Batterien: Wie ein Kondensator können sie bei Bedarf rasch hohe Stromdichten liefern, gleichzeitig speichern sie wie eine Batterie eine hohe Menge elektrischer Energie. Superkondensatoren bestehen aus elektrochemischen Doppelschichten auf Elektroden, die mit einem Elektrolyt befeuchtet sind. Beim Anlegen einer Spannung sammeln sich an beiden Elektroden Ionen entgegengesetzter Polarität und bilden hauchdünne Zonen von unbeweglichen Ladungsträgern.

Das Problem: Die meisten Prozesse zur Herstellung der benötigten nanostrukturierten Elektroden sind entweder zu empfindlich für den industriellen Maßstab oder es müssen Additive zugegeben werden, die dann hinterher die Funktion der Elektroden stören, teilweise sind auch die elektrischen Widerstände der Materialien zu hoch. Das Team hat nun einen neuen Prozess zur Herstellung von Elektroden aus einem Nickeloxid/Nickel-Nanokomposit entwickelt, der diese Einschränkungen überwinden kann.

Zunächst stellen die Wissenschaftler Nickelnanopartikel her. Hochsiedende mehrwertige Alkohole, so genannte Polyole, dienen als Reaktionsmedium. Diese bedecken die Wachstumsflächen der Kristallkeime, sodass kleine sphärische Partikel entstehen. Anschließend werden die Nanopartikel zu Pellets zusammengepresst und auf einer Seite eine hauchfeine Platinschicht aufgetragen, die später als Stromkollektor wirkt. Durch Aufschmelzen bei 250 °C bildet sich eine Schicht aus Nickeloxid (NiO) um die Pellets, welche die eigentliche aktive Schicht des Superkondensators ist. So entstehen kompakte, stabile, aber hochporöse Ni/NiO-Elektroden, die ohne Trägermaterialien auskommen. Als Elektrolyt dient Kaliumhydroxyd (KOH).

Beim Aufladeprozess werden OH-Ionen an das NiO gebunden und dabei Elektronen abgegeben. Der Prozess kehrt sich um, wenn die so gespeicherte elektrische Energie wieder als Strom abgezogen wird. Durch die sehr starke Körnung hat das Material eine hohe innere Oberfläche und bietet den Ionen gute Diffusionswege. Gleichzeitig ist aber das leitende Netzwerk der Metallkerne gut erhalten, was wichtig für eine hohe elektrische Leitfähigkeit ist. Diese Charakteristika sind Grund für die erstaunlich hohe Kapazität der Elektroden sowie ihre hohe Leistungsdichte und Stromdichte während der Lade/Entlade-Zyklen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • University of Delaware
Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Tetravinylallen, eine kleine, aber nützliche chemische Substanz, wurde erstmals hergestellt

    Viele Naturstoffe haben einen komplizierten molekularen Aufbau und lassen sich nur schwer im Labor herstellen. Hilfe könnte von einem kleinen Kohlenwasserstoff namens Tetravinylallen kommen, das australische Wissenschaftler zum ersten Mal synthetisiert haben. Chemiker könnten mit dieser Sub ... mehr

    Eingewickelte Silber-Häufchen

    Unter Nanoclustern versteht man „Häufchen“ aus einigen wenigen Atomen, die oft interessante optische Eigenschaften zeigen und attraktive Sonden für bildgebende Verfahren werden könnten, etwa in der Biomedizin und Diagnostik. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Forscher einen Nanocl ... mehr

    Bunte Mikroreaktoren nutzen Sonnenlicht

    Die Sonne ist die nachhaltigste Energiequelle auf unserem Planeten und lässt sich nutzen, um photochemische Reaktionen in Gang zu bringen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler einen breit anwendbaren, kostengünstigen Photo-Mikroreaktor vor. Er basiert auf „lumineszie ... mehr

Mehr über University of Delaware
  • News

    Eine neue Art der Chemikalienherstellung

    In dem Bestreben, nachhaltige Lösungen für den Energiebedarf der Menschheit zu entwickeln, untersuchen viele Wissenschaftler die CO2-Abscheidung und -Nutzung - die Praxis, überschüssiges Kohlendioxid in der Atmosphäre oder aus punktuellen Quellen anstelle von fossilen Brennstoffen zu verwen ... mehr

    Entwicklung neuer Molekularsiebe

    Ein internationales Forscherteam hat kürzlich kovalente organische Gerüste auf Polyaryletherbasis synthetisiert, das stabilste kristalline poröse Material aller Zeiten. Das Team, zu dem auch der Yushan Yan Yan der University of Delaware und der Qianrong (Frank) Fang der Jilin University geh ... mehr

    Umwandlung von Kohlendioxid

    Ein Forscherteam des Center for Catalytic Science and Technology (CCST) der University of Delaware hat ein neuartiges zweistufiges Verfahren zur Steigerung der Effizienz der Kohlendioxid(CO2)-Elektrolyse entwickelt, einer chemischen Reaktion, die von Strom angetrieben wird und bei der Herst ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.