Hybridkondensatoren

Batterien und Superkondensatoren sind die gängigsten elektrochemischen Energiespeicher. Sie werden seit langem erforscht und sind bereits seit Jahrzehnten auf dem Markt erhältlich. Beide haben jedoch ihre Nachteile: Batterien bieten zwar eine hohe Energiedichte, lassen sich jedoch nicht schnell laden/entladen und weisen eine geringe Lebensdauer auf. Superkondensatoren hingegen können sehr schnell und oft wiederholt geladen/entladen werden, bevor sie ihre Energie verlieren, aber sie können von vornherein nur eine geringe Energiemenge speichern. Forscher sind daher sehr daran interessiert, ein Gerät zu entwickeln, das eine batterieähnliche hohe Energiedichte und eine superkondensatorähnliche hohe Leistungsdichte aufweist. Dieses Ziel wird durch die Kombination einer Batterieelektrode mit einer Superkondensatorelektrode in einer Zelle verfolgt, was zu einem Hybridgerät führt. Dieses Hybridgerät wird meist als „Metall-Ionen-Kondensator” (eng. Metal-ion capacitor = MIC) bezeichnet, abgeleitet von Metall-ionen Batterie und Superkondensator. Nicht nur die Leistung von Metall-ionen Kondensatoren ist interessant, sondern auch ihre Nachhaltigkeit: Oft sind die MIC-Elektrodenmaterialien im Vergleich zu Batteriematerialien reichlicher vorhanden und umweltfreundlicher. Die ersten Lithium-Ionen-Kondensatoren wurden kürzlich (2016) auf den Markt gebracht, und das Forschungsinteresse wächst stetig.

Unsere Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von Elektrolyten für Metall-Ionen-Kondensatoren. Da die beiden verwendeten Elektroden zwei unterschiedliche Energiespeichermechanismen aufweisen, ist die Auswahl des Elektrolyten sehr anspruchsvoll, da er mit beiden kompatibel sein muss. Generell versuchen wir durch neue Elektrolyte die Performance, die Sicherheit und die Umweltfreundlichkeit der Systeme zu verbessern. Konkret liegt unser Forschungsschwerpunkt auf den gängigsten Konfigurationen für Alkali-Ionen-Kondensatoren (Li-/Na-/K-Ionen-Kondensatoren).