Forschung an Elektrolyten für Hochleistungsenergiespeicher der nächsten Generation.
Schematische Darstellung der Funktionsweise eines Elektrochemischen Doppelschichtkondensators (EDLC)
Abbildung: Lukas KöpsSuperkondensatoren 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.
Köps, L., Kreth, F. A., Leistenschneider, D., Schutjajew, K., Gläßner, R., Oschatz, M., and Balducci, A.; Improving the stability of supercapacitors at high voltages and high temperatures by the implementation of ethyl isopropyl sulfone as electrolyte solvent. Advanced Energy Materials 2023, 13 (5), 2203821.
Gaško, M., Patil, I. M., Köps, L., Krüger, D., Neumann, C., Turchanin, A., Kreth, F. A., and Balducci, A.; Tetraethylammonium Perfluorobutanesulfonate as an Alternative Salt for Electric Double Layer Capacitors. Batteries & Supercaps 2024, 7 (11), e202400283.
Köps, L., Kreth, F. A., Bothe, A., and Balducci, A.; High voltage electrochemical capacitors operating at elevated temperature based on 1, 1-dimethylpyrrolidinium tetrafluoroborate. Energy Storage Materials 2022, 44, 66-72.
Das Projekt EXTREME zielt darauf ab, innovative Superkondensatoren (EDLCs) zu entwickeln, die hohe Betriebsspannungen von bis zu >3,0 V und hohe Temperaturen (>70 °C) ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die auftretenden Alterungsprozesse eingehend analysiert, um die wichtigsten Ausfallmechanismen zu verstehen.
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektlaufzeit: 09/2025 - 08/2028
Raum R 127
Lessingstraße 14
07743 Jena
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