Superkondensatoren

Superkondensatoren sind eine Klasse von elektrochemischen Energiespeichern, die Ladung durch einen physikalischen Prozess speichern. Superkondensatoren sind bekannt für ihre hohe Leistungsdichte (>10 kW kg ^-1), ihre schnelle Auf- und Entladung (innerhalb von Sekunden bis Minuten), ihre lange Lebensdauer (>10⁵ Zyklen) und ihren weiten Betriebstemperaturbereich (-40 ºC bis +65 ºC), der eine ausgezeichnete Sicherheit bietet. Dennoch ist ihre Energiedichte nach wie vor deutlich geringer als die von Lithium-Ionen-Batterien, was den klassischen Zielkonflikt zwischen Energie und Leistung verdeutlicht.

Eine wichtige Strategie zur Verbesserung der Energiedichte ist die Erhöhung der Betriebsspannung des Geräts, da die Energie mit dem Quadrat der Spannung skaliert (E = 1/2 CV²). Dies erfordert die Entwicklung von Elektrolyten mit verbesserter Spannungsstabilität, insbesondere über 2,8 V. Unsere Gruppe arbeitet aktiv an der Entwicklung neuartiger Elektrolyte auf der Basis ionischer Flüssigkeiten (IL), um diese Herausforderung anzugehen.

Parallel dazu erforschen wir nachhaltige Ansätze für EDLCs der nächsten Generation. Dazu gehört die Entwicklung umweltfreundlicher Elektrodenmaterialien und aus Biomasse gewonnener Lösungsmittel wie Gamma-Valerolacton (GVL), die eine geringere Umweltbelastung und eine bessere Nachhaltigkeit von Energiespeichersystemen bieten.

Ausgewählte Publikationen:

1. Köps, L., Kreth, F. A., Leistenschneider, D., Schutjajew, K., Gläßner, R., Oschatz, M., and Balducci, A. (2023). Improving the stability of supercapacitors at high voltages and high temperatures by the implementation of ethyl isopropyl sulfone as electrolyte solvent. Advanced Energy Materials, 13(5), 2203821.

2. Gaško, M., Patil, I. M., Köps, L., Krüger, D., Neumann, C., Turchanin, A., Kreth, F. A., and Balducci, A. (2024). Tetraethylammonium Perfluorobutanesulfonate as an Alternative Salt for Electric Double Layer Capacitors. Batteries & Supercaps, 7(11), e202400283.

3. Köps, L., Kreth, F. A., Bothe, A., and Balducci, A. (2022). High voltage electrochemical capacitors operating at elevated temperature based on 1, 1-dimethylpyrrolidinium tetrafluoroborate. Energy Storage Materials, 44, 66-72.